淺談網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在現(xiàn)實中的應(yīng)用

靳立武

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，就是用什么方式把網(wǎng)絡(luò)中的計算機等設(shè)備連接起來。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)形狀，或者是它在物理上的連通性，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，拓?fù)鋱D給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接，它的結(jié)構(gòu)主要有星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)。

一、星型

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屬于這種結(jié)構(gòu)。目前一般網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都被設(shè)計成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)是目前廣泛而又首選使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計之一。

星型結(jié)構(gòu)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)有中央節(jié)點，其他節(jié)點（工作站、服務(wù)器）都與中央節(jié)點直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為中心，因此又稱為集中式網(wǎng)絡(luò)。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于集中控制，因為端用戶之間的通信必須經(jīng)過中心站。由于這一特點，也帶來了易于維護和安全等優(yōu)點。端用戶設(shè)備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信。同時星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小，傳輸誤差較低。但這種結(jié)構(gòu)非常不利的一點是，中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性，因為中心系統(tǒng)一旦損壞，整個系統(tǒng)便趨于癱瘓。對此中心系統(tǒng)通常采用雙機熱備份，以提高系統(tǒng)的可靠性。

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理和聲音通信的信息網(wǎng)大多采用星型網(wǎng)，目前流行的專用小交換機PBX（Private Branch Exchange），即電話交換機就是星型網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的典型實例。它在一個單位內(nèi)為綜合語音和數(shù)據(jù)工作站交換信息提供信道，還可以提供語音信箱和電話會議等業(yè)務(wù)，是局域網(wǎng)的一個重要分支。

在星型網(wǎng)中任何兩個節(jié)點要進行通信都必須經(jīng)過中央節(jié)點控制。因此，中央節(jié)點的主要功能有三項：當(dāng)要求通信的站點發(fā)出通信請求后，控制器要檢査中央轉(zhuǎn)接站是否有空閑的通路，被叫設(shè)備是否空閑，從而決定是杏能建立雙方的物理連接；在兩臺設(shè)備通信過程中要維持這一通路；當(dāng)通信完成或者不成功要求拆線時，中央轉(zhuǎn)接站應(yīng)能拆除上述通道。

由于中央節(jié)點要與多機連接，線路較多，為便于集中連線，目前多采用一種稱為集線器（HUB）或交換設(shè)備的硬件作為中央節(jié)點。

二、環(huán)型

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端用戶到另一個端用戶，直到將所有的端用戶連成環(huán)型。數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點間傳輸，信息從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點。這種結(jié)構(gòu)顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統(tǒng)的依賴性。

環(huán)行結(jié)構(gòu)的特點是：每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連，因而存在著點到點鏈路，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；信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的，兩個節(jié)點僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制；環(huán)路上各節(jié)點都是自舉控制，故控制軟件簡單；由于信息源在環(huán)路中是串行地穿過各個節(jié)點，當(dāng)環(huán)中節(jié)點過多時，勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長；環(huán)路是封閉的，不便于擴充；可靠性低，一個節(jié)點故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護難，對分支節(jié)點故障定位較難。

三、總線型

總線上傳輸信息通常多以基帶形式串行傳遞，每個節(jié)點上的網(wǎng)絡(luò)接口板硬件均具有收、發(fā)功能，接收器負(fù)責(zé)接收總線上的串行信息并轉(zhuǎn)換成并行信息送到PC工作站；發(fā)送器是將并行信息轉(zhuǎn)換成串行信息后廣播發(fā)送到總線上，總線上發(fā)送信息的目的地址與某節(jié)點的接口地址相符合時，該節(jié)點的接收器便接收信息。由于各個節(jié)點之間通過電纜直接連接，所以總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所需要的電纜長度是最小的，但總線只有一定的負(fù)載能力，因此總線長度又有一定限制，一條總線只能連接一定數(shù)量的節(jié)點。

因為所有的節(jié)點共享一條公用的傳輸鏈路，所以一次只能由一個設(shè)備傳輸。需要某種形式的訪問控制策略、來決定下一次哪一個站可以發(fā)送。通常采取分布式控制策略。發(fā)送時，發(fā)送站將報文分成分組.然后一次一個地依次發(fā)送這些分組。有時要與其它站來的分組交替地在介質(zhì)上傳輸。當(dāng)分組經(jīng)過各站時，目的站將識別分組的地址。然后拷貝下這些分組的內(nèi)容。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)減輕了網(wǎng)絡(luò)通信處理的負(fù)擔(dān)，它僅僅是一個無源的傳輸介質(zhì)，而通信處理分布在各站點進行。

在總線兩端連接有端結(jié)器（或終端匹配器），主要與總線進行阻抗匹配，最大限度吸收傳送端部的能量，避免信號反射回總線產(chǎn)生不必要的干擾。

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，連接端用戶的物理媒體由所有設(shè)備共享，各工作站地位平等，無中央節(jié)點控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發(fā)送信息的節(jié)點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點在接受信息時都進行地址檢査，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網(wǎng)上的

使用這種結(jié)構(gòu)必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時不能出現(xiàn)沖突。在點到點鏈路配置時，這是相當(dāng)簡單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中，對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環(huán)境下，由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的，不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網(wǎng)絡(luò)使用的媒體訪問方法：帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問，英文縮寫成CSMA/CD0

這種結(jié)構(gòu)具有費用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優(yōu)點。缺點是一次僅能一個端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權(quán)；媒體訪問獲取機

制較復(fù)雜、維護難，分支節(jié)點故障査找難。盡管有上述一些缺點，但由于布線要求簡單，擴充容易，端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作，所以是LAN技術(shù)中使用最普遍的一種。

四、無線電通信

傳輸線系統(tǒng)除同軸電纜、雙絞線、和光纖外，還有一種手段是根本不使用導(dǎo)線，這就是無線電通信，無線電通信利用電磁波或光波來傳輸信息，利用它不用敷設(shè)纜線就可以把網(wǎng)絡(luò)連接起來。無線電通信包括兩個獨特的網(wǎng)絡(luò)：移動網(wǎng)絡(luò)和無線LAN網(wǎng)絡(luò)。利用LAN網(wǎng)，機器可以通過發(fā)射機和接收機連接起來；利用移動網(wǎng)，機器可以通過蜂窩式通信系統(tǒng)連接起來，該通信系統(tǒng)由無線電通信部門提供。

網(wǎng)絡(luò)可采用以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，物理上由服務(wù)器，路由器，工作站，操作終端通過集線器形成星型結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成局域網(wǎng)。

總之，網(wǎng)絡(luò)時代的到來，使人類構(gòu)造了一個與現(xiàn)實世界相對應(yīng)的虛擬的信息世界，了解網(wǎng)絡(luò)的連接和使用，處理現(xiàn)實生活中網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識做好鋪墊。