深入对比三种标准拓扑结构

摘要:对于总线型、星型、环型这三种拓扑结构不仅要掌握它们的物理布局和了解各自的优缺点,还应该通过进一步的对比了解各种拓扑结构中访问控制的方式。在深入对比基础上更加清晰的认识三种标准的拓扑结构。

关键词:拓扑结构;总线型;环型;星型;访问控制方式

对于学习过一些计算机知识的人来说,“拓扑”这个词应该不算陌生,对于常见的三种标准的拓扑结构——总线型、星型和环型也都会有所了解。“拓扑(Topology)是几何学和图论中的基本概念,用于描述点、线、面之间的几何关系;计算机网络技术中借用拓扑的概念来描述节点之间的相互关系,从而确定节点在网络中的确切位置以及它与网络中其他节点之间的相对关系。”[1]大多数人对三种标准拓扑结构的认识都是从它们的物理布局开始的。正如名称表示的那样,总线型是网络的所有计算机都通过一条电缆线互相连接起来;环型是每台计算机都与相邻的两台计算机相连,构成一个封闭的环状;而星型是计算机通过各自的一条电缆与一台中央集线器相连。

但学习网络的拓扑结构不仅仅要明确它们的物理布局和简单记忆各自的优缺点,更主要的是了解各种拓扑结构中数据流动的方式。通过对各种拓扑结构中访问控制方式的深入认识,加强各类型的对比,从而进一步体会各种网络拓扑结构的优缺点。

下面是总线型、星型、环型三种标准拓扑结构中访问控制方式的相关内容以及自己的一些理解和看法。

1总线型

总线型拓扑结构也称点对点的拓扑结构,原因就是网络中的每台计算机均可以接收从某一节点传送到另一节点的数据。看似简单的数据传输方式却有许多值得思考的地方,例如某一时刻在共用的信道上,可以同时发送几个电子信号;如果某一时刻只能发送一个电子信号,那么怎样决定发送权等等。

总线型网络只有一条主电缆,该电缆仅能支持一个信道,所有计算机共享总线的全部容量。故而在某一时刻,只能有一台计算机发送电子信号。同时电缆线上的其他计算机均在监听传送中的信号,但只有那个地址与信号地址相匹配的计算机才能接收电缆上的信号,而具有其他地址的计算机对此信号不做反应。

总线型拓扑结构的网络一般采用分布式媒体访问控制方法。传统的总线型网络采取竞争的方式获得发送权,还有一种总线型网络在物理连接上是总线拓扑结构,而在逻辑结构上则采用令牌环。“‘令牌’是一种控制标志,由“空闲”与“忙”两种编码标志来实现。“‘逻辑结构采用令牌环’的实现是总线型网络中的各个工作站按一定顺序,如按接口地址大小,排列形成一个逻辑环。”[2]只有令牌持有者才能控制总线,才有发送信息的权力。总线网中令牌的传递与环型网中令牌的传递相似,但由于是逻辑成环,所以控制电路对于真正的环型网络稍显复杂。

总线网结构简单、布线容易、可靠性较高,易于扩充,但若主干电缆某处发生故障,整个网络将瘫痪,且发生故障时不易判断故障点。

2环型

环型拓扑中网络的所有节点都连接在一条首尾相接的封闭式通信线路上,整个网络既没有起点,也没有终点。在了解了总线型拓扑结构之后,我们不难想到环型拓扑就是把总线型拓扑中的首尾两节点连接在起来。

与总线型相同,环型网络在任一时刻最多也只能有一台计算机发送数据,并且也采用分布式媒体访问控制方法。环型网络中的“令牌机制”使每个节点获得数据发送权的机会均等。令牌处于空闲状态时沿着环型网络不停的循环传递。当一台计算机需要发送数据时,其本身的系统就会允许它在访问网络之前等待令牌的到来,一旦它截取令牌,该计算机就控制了整个网络。此时该计算机就会把令牌转换成一个数据帧,该帧被网上的计算机依次验证,直至达到目标计算机。目标计算机应答后会发送一个新的空的令牌,供其他需发送信息的计算机使用,进行新一轮的发送。[3]

环型网络控制简单、信道利用率高、通信电缆长度短,缺点是扩展潜力有限,以及同总线网相似的,任何一个节点发生故障都可能导致整个网络不能正常工作,且寻找故障点比较困难。

3星型

有人将星型拓扑结构形象地将比喻为一个由车轴和辐条所组成的车轮,车轴部分就是中央集线器hub。由此可以看出,星型拓扑结构的网络属于集中控制型网络,整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理,各节点间的通信都要通过中心节点。因此,星形网采用集中式媒体访问控制方法。

星型拓扑也是通过竞争方式获得发送权。只是每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送中心节点,再由中心节点负责将数据送到目的节点。因此,中心节点相当复杂,而各个节点的通信处理负担都很小,只需要满足链路的简单通信要求。中央节点有三项主要功能:“当要求通信的站点发出通讯请求后,控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路,被叫设备是否空闲,从而决定是否能建立双方的物理连接;在两台设备通信过程中要维持这一通路;当通信完成或者不成功要求拆线时,中央转接站应能拆除上述通道”。[4]

星型网络结构简单、容易实现、便于管理、连接点的故障容易监测和排除。但不难看出,中心结点是全网络的瓶颈,中心结点出现故障会导致整个网络的瘫痪。

参考文献:

[1] 倪玉兴.计算机网络技术基础第二章课件.2007

[2] 数字电视原理与实现

[3] 王群.计算机网络教程.清华大学出版社,2005

[4] 朱加强. 计算机网络技术. 北大燕工教育研究院