淺析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用

袁芳

摘要文章通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念、分類、特點(diǎn)的介紹，在分析其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探討出各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的優(yōu)缺點(diǎn)也及其在實(shí)際應(yīng)用范圍，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、安全性。

關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺?yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就是把分布在不同地理區(qū)域的計(jì)算機(jī)與專門(mén)的外部設(shè)備用通信線路互連起來(lái)，從而使眾多的計(jì)算機(jī)相互之間可以進(jìn)行信息的傳遞，共享彼此的硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等資源。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是指用傳輸媒體把計(jì)算機(jī)等各種設(shè)備互相連接起來(lái)的物理布局，是指互連過(guò)程中構(gòu)成的幾何形狀，它能表示出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和互相之間的連接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可按形狀分類，分別有：星型、環(huán)型、總線型、樹(shù)型、總線/星型和網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如果把網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)終端看成每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的話，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布局與其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不一樣，它由中央結(jié)點(diǎn)和周圍結(jié)點(diǎn)相連而組成。結(jié)構(gòu)是以中央結(jié)點(diǎn)為中心，周圍有各結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)與中央結(jié)點(diǎn)相連接，形成一個(gè)星形方式。中央結(jié)點(diǎn)與各結(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接，中央結(jié)點(diǎn)執(zhí)行集中式通信控制策略，所以相對(duì)來(lái)講中央結(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中承擔(dān)了相當(dāng)繁重的任務(wù)，系統(tǒng)對(duì)中央結(jié)點(diǎn)的配置就會(huì)有相當(dāng)高的要求，通常情況為了保證網(wǎng)絡(luò)通訊的正常，會(huì)另外配置一臺(tái)一模一樣的計(jì)算機(jī)作為中央結(jié)點(diǎn)的備份。最常見(jiàn)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

如果按星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)要進(jìn)行通信都必須通過(guò)中央結(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制。那么能成為中央結(jié)點(diǎn)的這臺(tái)計(jì)算機(jī)必須具有以下三個(gè)方面的主要功能：（1）對(duì)要進(jìn)行通信的雙方進(jìn)行通信可能性的判斷，并為雙方建立通信物理連接；（2）保證雙方通信過(guò)程中這一通路完全暢通；（3）在通信結(jié)束或通信不成功時(shí)，可以及時(shí)拆除通道。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為最早使用的一種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式，目前也算是使用率最高且使用面最廣的一種組網(wǎng)方式。綜合地說(shuō)，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，集中控制易于維護(hù)，容易實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)；（2）網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短，傳輸誤碼率低；（3）網(wǎng)絡(luò)共享能力較差，通信線路利用率不高，中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)過(guò)重；（4）可同時(shí)連雙絞線、同軸電纜及光纖等多種媒介。

2 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一般情況下我們把環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的計(jì)算機(jī)稱為環(huán)路接口，環(huán)形網(wǎng)中各環(huán)路接口采取首尾相連的方式，形成閉合環(huán)形通信線路，數(shù)據(jù)會(huì)沿著一個(gè)方向在這個(gè)環(huán)路上進(jìn)行傳輸。位于這個(gè)環(huán)路上任何結(jié)點(diǎn)所發(fā)送的請(qǐng)求如果被通過(guò)就可以向環(huán)路發(fā)送信息。深入分析這條環(huán)線的特點(diǎn)，由于位于這條環(huán)線上的結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)公用，所以只要其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息都會(huì)經(jīng)過(guò)環(huán)中所有的環(huán)路接口。發(fā)送的信息流中含有的目的地址與環(huán)上某環(huán)路接口地址相符時(shí)，此信息就被該目的結(jié)點(diǎn)的環(huán)路接口所接收，信息到此不會(huì)自動(dòng)消失，而是會(huì)繼續(xù)傳至下面所有的環(huán)路接口，直至傳回到發(fā)送該信息的環(huán)路接口結(jié)點(diǎn)為止。目前使用的環(huán)形網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行單向和雙向傳輸。最常見(jiàn)的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示：

環(huán)形網(wǎng)的特點(diǎn)是：（1）信息依靠?jī)蓚€(gè)相鄰的環(huán)路接口沿固定方向傳送；（2）某個(gè)結(jié)點(diǎn)都有自舉控制的功能；（3）由于信息會(huì)經(jīng)過(guò)環(huán)路上的所有環(huán)路接口，當(dāng)環(huán)路過(guò)多時(shí)就會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸效率，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)；（4）一環(huán)扣一環(huán)的連接方式會(huì)讓其中一個(gè)環(huán)路接口的故障造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，增加維護(hù)難度；（5）由于環(huán)路是封閉的，所以擴(kuò)充不方便。

環(huán)形網(wǎng)也是微機(jī)局域網(wǎng)常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，適合信息處理系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。1985年IBM公司推出的令牌環(huán)形網(wǎng)（IBM Token Ring）是其典范。在FDDI得以應(yīng)用推廣后，這種結(jié)構(gòu)也廣泛得到采用。

3 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是用一條電纜把所有節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)相互之間以線性方式連接起來(lái)的布局方式，這條重要的電纜也就是總線，位于總線上的各個(gè)結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)地位相等。最常見(jiàn)的總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示：

在采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，所有網(wǎng)上計(jì)算機(jī)都通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接連在這條總線上，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息都會(huì)沿著這條總線同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行傳播，位于這條總線中任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)都能夠接收信息，但只有目的結(jié)點(diǎn)才會(huì)從總線上把需要的信息拷貝下來(lái)。由于信息的傳播方式是同時(shí)向四周傳播，類似于廣播電臺(tái)的功能，所以我們又把總線式網(wǎng)絡(luò)稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)?？偩€的負(fù)荷能力較強(qiáng)，但不能超出它的負(fù)荷范圍；另外還要注意總線不能無(wú)限制延長(zhǎng)，而且在這條總線上的結(jié)點(diǎn)數(shù)量也是有限的。

總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要有：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)入網(wǎng)靈活，便于擴(kuò)充；（2）不需要中央結(jié)點(diǎn)，不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)結(jié)點(diǎn)的故障而影響其他結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸，故可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；（3）所需外圍設(shè)備少、電纜或其他連接媒體相對(duì)價(jià)格低，安裝也很方便；（4）由于發(fā)送信息的方式采用的是廣播式的工作方式，所以共享資源能力強(qiáng)。

為了解決干擾問(wèn)題，我們?cè)诳偩€兩端連接端結(jié)器，主要為了與總線進(jìn)行阻抗匹配，最大限度吸收傳送端部的能量，避免信號(hào)反射回總線時(shí)產(chǎn)生不必要的干擾。

4 樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹(shù)形結(jié)構(gòu)它是在總線網(wǎng)的基礎(chǔ)上把整個(gè)電纜連接成樹(shù)型，樹(shù)枝分層每個(gè)分支點(diǎn)都有一臺(tái)計(jì)算機(jī)（如圖4）。樹(shù)形網(wǎng)采用分層控制，沿著這棵樹(shù)的結(jié)構(gòu)可以很迅速地找到相應(yīng)的分支和結(jié)點(diǎn)路徑進(jìn)行信息廣播。樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有一些優(yōu)勢(shì)。具有布局靈活，可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)，而且其容錯(cuò)能力較強(qiáng)，當(dāng)頁(yè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響其他分支結(jié)，這一優(yōu)點(diǎn)為工作提供了不少便利。但還是明白的是：除了葉節(jié)點(diǎn)及其相連的線路外，其他部分的工作還是會(huì)受影響的。

5 總線/星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線/星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是總線型和星型的一種組合方式，內(nèi)層的網(wǎng)絡(luò)采用總線型，用一條或多條總線把計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接起來(lái)，每一組以總線方式相連的小網(wǎng)絡(luò)又呈星型分布?？偩€材料一般采用同軸電纜，星型傳輸媒體可使用價(jià)格比較便宜的雙絞線。采用這種總線/星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，既解決了總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接用戶數(shù)量上的限制，又解決了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在傳輸距離上的限制，很好地吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了雙方的缺點(diǎn)。

6 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

前面的幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要用于構(gòu)建小型的局域網(wǎng)性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)面對(duì)一些大型網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建時(shí)，一般采用的就是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)了。同樣，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是一種組合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是將多個(gè)利用前面介紹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的子網(wǎng)或局域網(wǎng)連接起來(lái)而構(gòu)成。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般用于Internet骨干網(wǎng)上，使用路由算法發(fā)送數(shù)據(jù)的最佳路徑。但在實(shí)際應(yīng)用中，是根據(jù)具體需要，幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合使用。不同的傳輸介質(zhì)所適應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能比較見(jiàn)表1。