網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互聯(lián)各種設(shè)備的物理布局。將參與LAN工作的各種設(shè)備用媒體互聯(lián)在一起有多種方法,實(shí)際上只有幾種方式能適合LAN的工作。
如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只連接幾臺(tái)設(shè)備,最簡(jiǎn)單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。用這種方式形成的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),如下圖所示。
圖中有6個(gè)設(shè)備，在全互聯(lián)情況下,需要15條傳輸線路。如果要連的設(shè)備有n個(gè),所需線路將達(dá)到n(n-1)/2條!顯而易見(jiàn),這種方式只有在涉及地理范圍不大，設(shè)備數(shù)很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環(huán)境,在LAN技術(shù)中也不使用。我們所說(shuō)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是因?yàn)楫?dāng)需要通過(guò)互聯(lián)設(shè)備(如路由器)互聯(lián)多個(gè)LAN時(shí),將有可能遇到這種廣域網(wǎng)(WAN)的互聯(lián)技術(shù)。目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有3種:
① 星行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
② 環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
③ 總線型拓?fù)浣Y(jié);
1.星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
星型結(jié)構(gòu)是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結(jié)構(gòu)，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu),圖(b)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型結(jié)構(gòu),處于中心位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備稱(chēng)為集線器,英文名為Hub。
(a)電話網(wǎng)的星行結(jié)構(gòu) (b)以Hub為中心的結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)便于集中控制,因?yàn)槎擞脩糁g的通信必須經(jīng)過(guò)中心站。由于這一特點(diǎn),也帶來(lái)了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)。端用戶設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時(shí)也不會(huì)影響其它端用戶間的通信但這種結(jié)構(gòu)非常不利的一點(diǎn)是,中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性,因?yàn)橹行南到y(tǒng)一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)便趨于癱瘓。對(duì)此中心系統(tǒng)通常采用雙機(jī)熱備份,以提高系統(tǒng)的可靠性。
這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)充便是星行樹(shù),如下圖所示。每個(gè)Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級(jí)連而形成樹(shù)。然而,應(yīng)當(dāng)指出,Hub級(jí)連的個(gè)數(shù)是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。
還應(yīng)指出,以Hub構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),雖然呈星型布局,但它使用的訪問(wèn)媒體的機(jī)制卻仍是共享媒體的總線方式。
2.環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
環(huán)型結(jié)構(gòu)在LAN中使用較多。這種結(jié)構(gòu)中的傳輸媒體從一個(gè)端用戶到另一個(gè)端用戶,直到將所有端用戶連成環(huán)型,如圖5所示。這種結(jié)構(gòu)顯而易見(jiàn)消除了端用戶通信時(shí)對(duì)中心系統(tǒng)的依賴(lài)性。
環(huán)行結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是,每個(gè)端用戶都與兩個(gè)相臨的端用戶相連,因而存在著點(diǎn)到點(diǎn)鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱(chēng)。例如圖5中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送到N端，則幾乎要繞環(huán)一周才能到達(dá)N端。
環(huán)上傳輸?shù)娜魏螆?bào)文都必須穿過(guò)所有端點(diǎn),因此,如果環(huán)的某一點(diǎn)斷開(kāi),環(huán)上所有端間的通信便會(huì)終止。為克服這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的脆弱,每個(gè)端點(diǎn)除與一個(gè)環(huán)相連外，還連接到備用環(huán)上,當(dāng)主環(huán)故障時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用環(huán)上。
3.總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
總線結(jié)構(gòu)是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說(shuō)，連接端用戶的物理媒體由所有設(shè)備共享，如下圖所示。使用這種結(jié)構(gòu)必須解決的一個(gè)問(wèn)題是確保端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不能出現(xiàn)沖突。在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路配置時(shí),這是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡(jiǎn)單的機(jī)制便可保證兩個(gè)端用戶輪流工作。在一點(diǎn)到多點(diǎn)方式中,對(duì)線路的訪問(wèn)依靠控制端的探詢(xún)來(lái)確定。然而，在LAN環(huán)境下,由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的,不能采取上述機(jī)制。對(duì)此，研究了一種在總線共享型網(wǎng)絡(luò)使用的媒體訪問(wèn)方法:帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn),英文縮寫(xiě)成CSMA/CD。
這種結(jié)構(gòu)具有費(fèi)用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點(diǎn)或某個(gè)端用戶失效不影響其它站點(diǎn)或端用戶通信的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是一次僅能一個(gè)端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權(quán)。媒體訪問(wèn)獲取機(jī)制較復(fù)雜。盡管有上述一些缺點(diǎn),但由于布線要求簡(jiǎn)單,擴(kuò)充容易,端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作,所以是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中使用最普遍的一種。
如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只連接幾臺(tái)設(shè)備,最簡(jiǎn)單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。用這種方式形成的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),如下圖所示。
圖中有6個(gè)設(shè)備，在全互聯(lián)情況下,需要15條傳輸線路。如果要連的設(shè)備有n個(gè),所需線路將達(dá)到n(n-1)/2條!顯而易見(jiàn),這種方式只有在涉及地理范圍不大，設(shè)備數(shù)很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環(huán)境,在LAN技術(shù)中也不使用。我們所說(shuō)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是因?yàn)楫?dāng)需要通過(guò)互聯(lián)設(shè)備(如路由器)互聯(lián)多個(gè)LAN時(shí),將有可能遇到這種廣域網(wǎng)(WAN)的互聯(lián)技術(shù)。目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有3種:
① 星行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
② 環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
③ 總線型拓?fù)浣Y(jié);
1.星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
星型結(jié)構(gòu)是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結(jié)構(gòu)，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu),圖(b)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型結(jié)構(gòu),處于中心位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備稱(chēng)為集線器,英文名為Hub。
(a)電話網(wǎng)的星行結(jié)構(gòu) (b)以Hub為中心的結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)便于集中控制,因?yàn)槎擞脩糁g的通信必須經(jīng)過(guò)中心站。由于這一特點(diǎn),也帶來(lái)了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)。端用戶設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時(shí)也不會(huì)影響其它端用戶間的通信但這種結(jié)構(gòu)非常不利的一點(diǎn)是,中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性,因?yàn)橹行南到y(tǒng)一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)便趨于癱瘓。對(duì)此中心系統(tǒng)通常采用雙機(jī)熱備份,以提高系統(tǒng)的可靠性。
這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)充便是星行樹(shù),如下圖所示。每個(gè)Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級(jí)連而形成樹(shù)。然而,應(yīng)當(dāng)指出,Hub級(jí)連的個(gè)數(shù)是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。
還應(yīng)指出,以Hub構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),雖然呈星型布局,但它使用的訪問(wèn)媒體的機(jī)制卻仍是共享媒體的總線方式。
2.環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
環(huán)型結(jié)構(gòu)在LAN中使用較多。這種結(jié)構(gòu)中的傳輸媒體從一個(gè)端用戶到另一個(gè)端用戶,直到將所有端用戶連成環(huán)型,如圖5所示。這種結(jié)構(gòu)顯而易見(jiàn)消除了端用戶通信時(shí)對(duì)中心系統(tǒng)的依賴(lài)性。
環(huán)行結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是,每個(gè)端用戶都與兩個(gè)相臨的端用戶相連,因而存在著點(diǎn)到點(diǎn)鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱(chēng)。例如圖5中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送到N端，則幾乎要繞環(huán)一周才能到達(dá)N端。
環(huán)上傳輸?shù)娜魏螆?bào)文都必須穿過(guò)所有端點(diǎn),因此,如果環(huán)的某一點(diǎn)斷開(kāi),環(huán)上所有端間的通信便會(huì)終止。為克服這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的脆弱,每個(gè)端點(diǎn)除與一個(gè)環(huán)相連外，還連接到備用環(huán)上,當(dāng)主環(huán)故障時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用環(huán)上。
3.總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
總線結(jié)構(gòu)是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說(shuō)，連接端用戶的物理媒體由所有設(shè)備共享，如下圖所示。使用這種結(jié)構(gòu)必須解決的一個(gè)問(wèn)題是確保端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不能出現(xiàn)沖突。在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路配置時(shí),這是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡(jiǎn)單的機(jī)制便可保證兩個(gè)端用戶輪流工作。在一點(diǎn)到多點(diǎn)方式中,對(duì)線路的訪問(wèn)依靠控制端的探詢(xún)來(lái)確定。然而，在LAN環(huán)境下,由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的,不能采取上述機(jī)制。對(duì)此，研究了一種在總線共享型網(wǎng)絡(luò)使用的媒體訪問(wèn)方法:帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn),英文縮寫(xiě)成CSMA/CD。
這種結(jié)構(gòu)具有費(fèi)用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點(diǎn)或某個(gè)端用戶失效不影響其它站點(diǎn)或端用戶通信的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是一次僅能一個(gè)端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權(quán)。媒體訪問(wèn)獲取機(jī)制較復(fù)雜。盡管有上述一些缺點(diǎn),但由于布線要求簡(jiǎn)單,擴(kuò)充容易,端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作,所以是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中使用最普遍的一種。
