計算機網絡的拓撲結構是什么

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計算機網絡的拓撲結構是指網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、環型拓撲結構、樹型拓撲結構、混合型拓撲結構、網型拓撲結構、開關電源拓撲結構；其中，星型網絡拓撲結構是應用最廣泛的一種網絡拓撲結構。

計算機網絡拓撲(Computer Network Topology)是指由計算機組成的網絡之間設備的分布情況以及連接狀態。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。

計算機網絡的拓撲結構

計算機網絡的拓撲結構，即是指網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：又稱為網絡單元，它是網絡系統中的各種數據處理設備、數據通信控制設備和數據終端設備。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，前者指實際存在發通信線路，后者指在邏輯上起作用的網絡通路。

3、通路：是指從發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

計算機網絡按拓撲結構分為：星型拓撲結構、總線拓撲結構、環型拓撲結構、樹型拓撲結構、混合型拓撲結構、網型拓撲結構、開關電源拓撲結構。

星型拓撲

星型拓撲是由中央節點和通過點到點通信鏈路接到中央節點的各個站點組成。中央節點執行集中式通信控制策略,因此中央節點相當復雜,而各個站點的通信處理負擔都很小。星型網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據。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）網絡延遲時間較小，傳輸誤差低。

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

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

因此，星型網絡拓撲結構是應用最廣泛的一種網絡拓撲結構。

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點和邊緣節點使用，通信線路利用率不高

• （4）對中央節點要求相當高，一旦中央節點出現故障，則整個網絡將癱瘓。

星型拓撲結構廣泛應用于網絡的智能集中于中央節點的場合。從趨勢看,計算機的發展已從集中的主機系統發展到大量功能很強的微型機和工作站，在這種形勢下，傳統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送o發送時,發送站將報文分成分組,然后逐個依次發送這些分組,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容。

總線拓撲結構的優點：

• (1)總線結構所需要的電纜數量少，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，組網容易，網絡擴展方便

• (4)多個節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。

環型拓撲

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

環型拓撲的優點：

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

• (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，十分適合于環型拓撲的單方向傳輸。

環型拓撲的缺點：

• (1)節點的故障會引起全網故障。這是因為環上的數據傳輸要通過接在環上的每一個節點,一旦環中某一節點發生故障就會引起全網的故障。

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

• (3)環型拓撲結構的媒體訪問控制協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絡中的邊緣層，樹的中間部分相當于網絡中的匯聚層，而樹的頂端則相當于網絡中的核心層。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,這些新節點和新分支都能容易地加入網內。

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

樹型拓撲的缺點：

• 各個節點對根的依賴性太大，如果根發生故障，則全網不能正常工作。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，取兩者的優點構成的拓撲。

一種是星型拓撲和環型拓撲混合成的"星-環"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型拓撲。

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

混合型拓撲的優點：

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

• (2)易于擴展。要擴展用戶時，可以加入新的網絡設備，也可在設計時，在每個網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)需要選用智能網絡設備，實現網絡故障自動診斷和故障節點的隔離，網絡建設成本比較高。

• (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。

網型拓撲

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

網型拓撲的一個應用是在BGP協議中。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，即網狀網絡。假設在一個AS內部有n臺路由器，那么應該建立的IBGP連接數就為n(n-1)/2個。

網型拓撲的優點：

• (1)節點間路徑多，碰撞和阻塞減少。

• (2)局部故障不影響整個網絡，可靠性高。

網型拓撲的缺點：

• (1)網絡關系復雜，建網較難，不易擴充。

• (2)網絡控制機制復雜，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)輸出場合有的優勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數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開關型調整器拓撲 、boost開關調整器拓撲 、反極性開關調整器拓撲 、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：

• 各個節點對根的依賴性太大。

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