拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的含義及運(yùn)用技巧
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的含義及運(yùn)用技巧
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什么是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?
首先我們來(lái)解釋一下拓?fù)涞暮x，所謂“拓?fù)?rdquo;就是把實(shí)體抽象成與其大小、形狀無(wú)關(guān)的“點(diǎn)”，而把連接實(shí)體的線路抽象成“線”，進(jìn)而以圖的形式來(lái)表示這些點(diǎn)與線之間關(guān)系的方法，其目的在于研究這些點(diǎn)、線之間的相連關(guān)系。表示點(diǎn)和線之間關(guān)系的圖被稱為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與幾何結(jié)構(gòu)屬于兩個(gè)不同的數(shù)學(xué)概念。在幾何結(jié)構(gòu)中，
我們要考察的是點(diǎn)、線之間的位置關(guān)系，或者說(shuō)幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是點(diǎn)與線所構(gòu)成的形狀及大小。如梯形、正方形、平行四邊形及圓都屬于不同的幾何結(jié)構(gòu)，但從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度去看，由于點(diǎn)、線間的連接關(guān)系相同，從而具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即環(huán)型結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，不同的幾何結(jié)構(gòu)可能具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
類似地，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，我們把計(jì)算機(jī)、終端、通信處理機(jī)等設(shè)備抽象成點(diǎn)，把連接這些設(shè)備的通信線路抽象成線，并將由這些點(diǎn)和線所構(gòu)成的拓?fù)浞Q為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反映出網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，它對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性以及建設(shè)管理成本等都有著重要的影響，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀型等。
1.總線型拓?fù)?/strong>
如圖1.4所示，總線型拓?fù)渲胁捎脝胃鶄鬏斁€路作為傳輸介質(zhì)，所有站點(diǎn)通過(guò)專門的連接器連到這個(gè)公共信道上，這個(gè)公共的信道稱為總線。任何一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)都能通過(guò)總線傳播，同時(shí)能被總線上的所有其他站點(diǎn)接收到?？梢姡偩€型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。撲結(jié)構(gòu)往往是首先要考慮的因素之一。
在總線結(jié)構(gòu)中，總線有一定的負(fù)載能力，因此，總線長(zhǎng)度有一定限制，一條總線也只能連接一定數(shù)量的結(jié)點(diǎn)。
總線布局的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，非常便于擴(kuò)充;可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快;設(shè)備量少、價(jià)格低、安裝使用方便;共享資源能力強(qiáng)，極便于廣播式工作即一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送所有結(jié)點(diǎn)都可接收?？偩€型拓?fù)涫腔揪钟蚓W(wǎng)拓?fù)湫问街弧?/p>
在總線兩端連接的器件稱為端結(jié)器(末端阻抗匹配器、或終止器)。主要與總線進(jìn)行阻抗匹配，最大限度吸收傳送端部的能量，避免信號(hào)反射回總線產(chǎn)生不必要的干擾。
總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)，也是最傳統(tǒng)的一種主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合于信息管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.星型拓?fù)?/strong>
如圖1.5所示，星型拓?fù)渲杏幸粋€(gè)中心節(jié)點(diǎn)，其他各節(jié)點(diǎn)通過(guò)各自的線路與中心節(jié)點(diǎn)相連，形成輻射型結(jié)構(gòu)。各節(jié)點(diǎn)間的通信必須通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)的作用，如圖A 到B 或A到C 都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)D。
星型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于建網(wǎng)和易于管理等特點(diǎn)。但這種結(jié)構(gòu)要耗費(fèi)大量的電纜，同時(shí)中心節(jié)點(diǎn)的故障會(huì)直接造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。星型拓?fù)湟步?jīng)常應(yīng)用于局域網(wǎng)中。
星型布局是以中央結(jié)點(diǎn)為中心與各結(jié)點(diǎn)連接而組成的，各結(jié)點(diǎn)與中央結(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)與點(diǎn)方式連接，中央點(diǎn)執(zhí)行集中式通信控制策略，因此中央結(jié)點(diǎn)相當(dāng)復(fù)雜，負(fù)擔(dān)也重。
目前流行的PBX就是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的典型實(shí)例，如圖1.5(右)所示。
以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，其中任何兩個(gè)站點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)中央結(jié)點(diǎn)控制。中
央結(jié)點(diǎn)主要功能有
1) 為需要通信的設(shè)備建立物理連接
2) 為兩臺(tái)設(shè)備通信過(guò)程中維持這一通路
3) 在完成通信或不成功時(shí),拆除通道
在文件服務(wù)器/工作站(File Server/Workstation )局域網(wǎng)模式中，中心點(diǎn)為文件服務(wù)器，存放共享資源。由于這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，中心點(diǎn)與多臺(tái)工作站相連,為便于集中連線，目前多采用集線器(HUB)。
星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于管理、集中控制, 組網(wǎng)容易;網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短，誤碼率低，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，可同時(shí)連雙絞線、同軸電纜及光纖等多種媒介。
樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看作成星型拓?fù)涞囊环N擴(kuò)展，也稱擴(kuò)展星型拓?fù)洹?/p>
3.環(huán)型拓?fù)?/strong>
如圖1.6 所示，在環(huán)型拓?fù)渲?，各?jié)點(diǎn)和通信線路連接形成的一個(gè)閉合的環(huán)。在環(huán)路中，數(shù)據(jù)按照一個(gè)方向傳輸。發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)，延環(huán)繞行一周后，回到發(fā)送端，由發(fā)送端將其從環(huán)上刪除。我們可以看到任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)都可以被環(huán)上的其他節(jié)點(diǎn)接收到。
環(huán)型拓?fù)渚哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，傳輸時(shí)延確定以及路徑選擇簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)或連接節(jié)點(diǎn)的通信線路都有可能成為網(wǎng)絡(luò)可靠性的瓶頸。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。另外，在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的加入和拆除過(guò)程比較復(fù)雜。環(huán)型拓?fù)湟彩蔷钟蚓W(wǎng)中常用的一種拓?fù)湫问健?/p>
環(huán)形網(wǎng)的特點(diǎn)是：信息在網(wǎng)絡(luò)中沿固定方向流動(dòng)，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間僅有唯一的通路，大大簡(jiǎn)化了路徑選擇的控制;某個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)旁路，可靠性較高;由于信息是串行穿過(guò)多個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)路接口，當(dāng)結(jié)點(diǎn)過(guò)多時(shí)，影響傳輸效率，使網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)確定時(shí)，其延時(shí)固定，實(shí)時(shí)性強(qiáng);由于環(huán)路封閉故擴(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)會(huì)進(jìn)一步得到采用。
4.網(wǎng)狀拓?fù)?/strong>
在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有多條線路與其他節(jié)點(diǎn)相連，這樣使得節(jié)點(diǎn)之間存在多條路徑可選，如圖1.7中從A 到C 可以是A-B-C 也可以是A-D-B-C，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以靈活的選用空閑路徑或者避開故障線路。
可見網(wǎng)狀拓?fù)淇梢猿浞帧⒑侠淼氖褂镁W(wǎng)絡(luò)資源，并且具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。我們知道，廣域網(wǎng)覆蓋面積大，傳輸距離長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)的故障會(huì)給大量的用戶帶來(lái)嚴(yán)重的危害，因此在廣域網(wǎng)中，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性通常采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1.7(右)所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的廣域網(wǎng)示意圖。
但是我們也應(yīng)該看到，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是以高投資和高復(fù)雜的管理為代價(jià)的。將多個(gè)子網(wǎng)或多個(gè)局域網(wǎng)連接起來(lái)構(gòu)成網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個(gè)子網(wǎng)中，集線器、中繼器將多個(gè)設(shè)備連接起來(lái)，而橋接器、路由器及網(wǎng)關(guān)則將子網(wǎng)連接起來(lái)。根據(jù)組網(wǎng)硬件不同，主要有三種網(wǎng)狀型拓?fù)?
網(wǎng)狀網(wǎng)：在一個(gè)大的區(qū)域內(nèi)，用無(wú)線通信連路連接一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)狀網(wǎng)是最好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)路由器與路由器相連，可讓網(wǎng)絡(luò)選擇一條最快的路徑傳送數(shù)據(jù)。
主干網(wǎng)：通過(guò)橋接器與路由器把不同的子網(wǎng)或LAN 連接起來(lái)形成單個(gè)總線或環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)通常采用光纖做主干線。
星狀相連網(wǎng)：利用一些叫做超級(jí)集線器的設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，由于星型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中任一處的故障都可容易查找并修復(fù)。應(yīng)該指出,在實(shí)際組網(wǎng)中,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一定是單一的,通常是幾種結(jié)構(gòu)的混用。
比如，將總線型與星型結(jié)合起來(lái)就形成了總線型/星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用一條或多條總線把多組設(shè)備連接起來(lái)，相連的每組設(shè)備呈星型分布。采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用戶很容易配置和重新配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如圖1.8 所示。
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