1.2　局域网拓扑结构

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。目前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。

1.2.1　总线型拓扑结构

总线结构是指各工作站和服务器均连接在一条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多，以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。它的结构示意图如图1-3所示。

这种拓扑结构所采用的介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如ATM网、Cable Modem所采用的网络等都属于总线型网络结构。

总线型拓扑结构曾在局域网中得到广泛的应用，其优缺点和局限性概述如下：

1.总线型拓扑结构的优点

（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。

2.总线型拓扑结构的局限性

（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。

1.2.2　环形拓扑结构

环形拓扑结构是一个像圆环一样的闭合链路，在链路上有许多中继器和通过中继器连接到链路上的节点。也就是说，环形拓扑结构网络是由一些中继器和连接到中继器的点到点链路组成的一个闭合环。在环形网中，所有的通信共享一条物理通道，即连接网中所有节点的点到点链路。图1-4为环形拓扑结构。

环形拓扑结构的交换方式采用分组交换。由于多个工作站共享同一环，因此需要对此进行控制，以便决定每个站在什么时候可以把分组放在环上。一般情况下，环形拓扑结构网络采用令牌环（Token Ring）的介质访问控制。信息发送的过程为：如果某一站点希望将报文发送到另一目的站点，那么它需要将这个报文分成若干个分组。每个分组包括一段数据再加上一些控制信息，其中控制信息包括目的站点的地点。发送信息的站点依次把每个分组放到环上之后，通过其他中继器进行循环；环中的所有中继器都将分组的地址与该中继器连接的节点的地址相比较，当地址符合时，该站点就接收该分组。

1.环形拓扑结构的优点

（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。

2.环形拓扑结构的缺点

（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。

1.2.3　星形拓扑结构

这种结构是目前在局域网中应用得较为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星形网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，由于网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用得最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。它的基本连接图示如图1-5所示。

星形拓扑结构是中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点组成。利用星形拓扑结构的交换方式有电路交换和报文交换，尤以电路交换更为普遍。一旦建立了通道连接，可以没有延迟地在连通的两个节点之间传送数据。工作站到中央节点的线路是专用的，不会出现拥挤的瓶颈现象。它以中央节点为中心，一个节点向另一个节点发送数据，必须向中央节点发出请求，一旦建立连接，这两个节点之间就是一条专用连接线路，信息传输通过中央节点的存储/转接来完成。这种结构要求中央节点的可靠性很高，否则出现故障就会危及整个网络。

星形拓扑结构信息发送的过程为：某一工作站有信息发送时，将向中央节点申请，中央节点响应该工作站，并将该工作站与目的工作站或服务器建立会话。此时，就可以进行无延时的会话了。

1.星形拓扑结构的优点

（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，如目前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、IEEE 802.3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

这一点可以从目前最新的1000Mbps到10G以太网接入速度看出。

2.星形拓扑结构的缺点

（1）对中央节点的依赖性强

星形拓扑结构网络中的外围节点对中央节点的依赖性强，如果中央节点出现故障，则全部网络不能正常工作。

（2）结构的确定在于其采用广播信息传送方式

采用这种方式，任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这在网络方面存在一定的安全隐患，但这在局域网中使用影响不大。

1.2.4　混合型拓扑结构

混合型拓扑结构是指综合性的一种拓扑结构。组建混合型拓扑结构的提出主要是为了利用和发挥各网络拓扑结构的优点，克服相应的局限性。

这种网络拓扑结构大多数是由前面所讲的星形结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星形网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络连接用户数量的限制。这种网络拓扑结构同时兼顾了星形网络与总线型网络的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。这种布线方式就是我们常见的综合布线方式，这种网络拓扑结构示意图如图1-6所示。

1.混合型结构的优点

（1）应用相当广泛

这主要是因它解决了星形和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。

（2）扩展相当灵活

这主要是因为它继承了星形拓扑结构的优点。

（3）速度较快

因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在速度上应不受太多的限制。

2.混合型结构的缺点

（1）较难维护

这主要是因为受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则仍不影响整个网络的正常运作。另外，整个网络非常复杂，维护起来不容易。

（2）支持用户有限

同样具有总线型网络结构的网络速率会随着用户的增多而下降的弱点。

（3）节点数量有限

由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制，不过在局域网中不存在太大的问题。

1.2.5　其他拓扑结构

除了上述几种结构外，还有几种不常见的网络拓扑结构，如分布式结构、树形结构和蜂窝式结构等，下面简单介绍一下这几种结构的特征。

1.分布式结构

分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂，所以在一般局域网中不采用这种结构。

2.树形结构

树形结构是分级的集中控制式网络，与星形相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

3.蜂窝拓扑结构

蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。

实验1-1　最简单的网络——双机互联

局域网的规模可以从几台计算机组成的网络到甚至几千台计算机组成的网络，而双机互联就是其中最为简单的一种。顾名思义，双机互联就是将两台计算机连接起来，形成一个局域网。它的组成非常简单，只需要两台计算机、两个网卡和一根交叉线就可以组成局域网，其简单程度可想而知。

1.网络功能

正是由于双机互联组成和使用的技术较为简单，所以双机互联网络的功能也是所有局域网中最简单的。由于是用一根网线连接两台计算机，所以其首先是不能够拓展。由于只要两台计算机，其功能也就只能满足两台计算机直接的通信和资源共享。如果有一台计算机连入互联网，还可以通过代理的方式使一台机器通过另一台机器上网。不过，作为代理服务器的那台计算机必须装有双网卡。

2.网络连接模型

由于双机直连只需要两台计算机和一根网线就可以完成，所以其连接模型也非常简单，如图1-7所示。

双机直连需要两台计算机各装一块网卡，通过一根制作特殊的双绞线连接起来，再进行工作组和IP地址设置，即可彼此连通，共享资源。

双机互联并非仅仅是一种最简单的局域网，将其中一台计算机与宽带连接起来，然后设置共享，它就是一个非常实用的网络，可解决家庭中两台计算机共享宽带连接的问题。加入宽带因素后，连接模型如图1-8所示。