2.1.2 常见的局域网拓扑结构
在计算机网络中，人们把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并把由这些点和线所构成的拓扑结构称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映了网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在构建网络时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。
局域网与广域网的一个重要区别在于它们覆盖的地理范围。由于局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学，一幢或者几幢大楼的“有限的地理范围”，因此它在基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“交换”方式。因此，局域网在传输介质的物理连接方式、介质访问控制方式上形成了自己的特点，在网络拓扑上主要有以下几种结构。
（1）星型拓扑
星型拓扑是由中央结点和通过点对点链路连接到中央结点的各站点（网络工作站等）组成的，如图2.1所示。星型拓扑以中央结点为中心，执行集中式通信控制策略，因此，中央结点相当复杂，而各个站的通信处理负担都很小，故又称集中式网络。中央控制器是一个具有信号分离功能的“隔离”装置，它能放大和改善网络信号，外部有一定数量的端口，每个端口连接一个站点，如集线器、交换机等。采用星型拓扑的交换方式有线路交换和报文交换，尤以线路交换更为普遍，现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用这种拓扑结构。一旦建立了通信的连接，就可以没有延迟地在两个连通的站点之间传输数据。
图2.1 星型拓扑结构
星型拓扑的优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。利用中央结点可方便地提供网络连接和重新配置；并且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护。
星型拓扑的缺点：每个站点直接与中央结点相连，需要大量电缆，因此费用较高；如果中央结点产生故障，则全网都不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。
星型拓扑广泛应用于网络中智能集中于中央结点的场合，目前在传统的数据传输中，这种拓扑结构占支配地位。
（2）总线型拓扑
总线型拓扑采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何一个站点发送的信息都可以沿着介质传播，而且能被所有其他站点接收，如图2.2所示。
图2.2 总线型拓扑结构
由于所有的站点共享一条公用的传输链路，所以一次只能有一个设备传输数据。总线型拓扑通常采用分布式控制策略来决定下一次由哪一个站点发送信息。发送时，发送站点将报文分组，然后依次发送这些分组，有时要与其他站点发送来的分组交替地在介质上传输。当分组经过各站点时，目的站点将识别分组中携带的目的地址，然后复制这些分组的内容。这种拓扑减轻了网络通信处理的负担，它仅仅是一个无源的传输介质，而通信处理分布在各站点进行。
总线型拓扑的优点：结构简单、实现容易、易于安装和维护、价格低廉、用户站点入网灵活。
总线型拓扑结构的缺点：传输介质故障难以排除，由于所有结点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。
不过，站点不多（10个站点以下）的网络或各个站点相距不是很远的网络，采用总线型拓扑还是比较适合的。但随着局域网上传输多媒体信息的增多，目前这种网络已经基本被淘汰。
（3）环型拓扑
环型拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。如图2.3所示，每个中继器都与两条链路相连，它接收一条链路上的数据，并以同样的速度串行地把该数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。这种链路是单向的，也就是说，只能在一个方向上传输数据，而且所有的链路都按同一方向传输，数据在一个方向上围绕着环进行循环。
图2.3 环型拓扑结构
由于多个设备共享一个环，因此需要对此进行控制，以便决定每个站在什么时候可以把分组放在环上。这种功能是用分布控制的形式完成的，每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。由于信息包在封闭环中必须沿每个结点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。为了增加环型拓扑的可靠性，引入了双环拓扑。所谓双环拓扑就是在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从而使主环发生故障时，由备用环继续工作。
环型拓扑结构的优点是能够较有效地避免冲突，缺点是环型拓扑结构中的网络接口卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。
在实际应用中，多采用环型拓扑作为宽带高速网络的结构。
（4）树型拓扑
树型拓扑是从总线拓扑演变而来的，它把星型和总线型拓扑结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支，如图2.4所示。
图2.4 树型拓扑结构
这种拓扑和带有几个段的总线拓扑的主要区别在于根的存在。当结点发送时，根接收该信号，然后重新广播发送到全网。
树状结构是星型的延伸，树状拓扑的优点是易于扩展和故障隔离，缺点是对树根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网都不能正常工作，对根的可靠性要求很高。
（5）拓扑的选择
拓扑的选择往往和传输介质的选择及介质访问控制方式的确定紧密相关。除了上面阐述的4种拓扑外，还有其他分类，如不规则型、全互联型等，所以选择拓扑时，不能拘泥于一种结构，应该综合考虑以下要素。
①经济性
网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。不管选用什么样的传输介质，都需要进行安装，如安装电线沟、安装电线管道等。最理想的情况是在建楼以前先进行安装，并考虑今后扩建的要求。安装费用的高低与拓扑结构的选择及传输介质的选择、传输距离的确定有关。
②灵活性及可扩充性
灵活性及可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。任何一个网络，随着用户数的增加，网络应用的深入和扩大，网络新技术的不断涌现，特别是应用方式和要求的改变，会经常需要加以调整。网络的可调整性、灵活性及可扩充性都与网络拓扑直接相关。一般来说，总线拓扑和环状拓扑要比星状拓扑的可扩充性好得多。
③可靠性
网络的可靠性是网络的生命，网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性，星型结构是几种结构中可靠性较好的。
总之，在选择局域网拓扑时，人们需要考虑的因素很多，这些因素同时影响了网络的运行速率和网络软、硬件接口的复杂程度等。