数据通信网拓扑结构优化方案

网络指计算机和终端相互连接，形成一个能够共享信息的路径。网络节点是连接到网络传输媒体上的设备，包括各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。

数据通信网是由通信线路将分散在不同地理位置上的数字终端设备连接起来，构成通信网络，按照网络通信规程（协议）进行数据传输，实现资源共享的大系统。根据连接分散数字终端的方式，可以将网络拓扑结构加以分类。

1.星形结构

星形结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，称为电话网的星形结构（见图4-1）。

在多点网络结构中常采用星形拓扑结构。星形结构中有一个中心节点，由它完成其他节点间的中继，因此网络中所有信息流都流经中心节点，中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性，这种结构容易出现“瓶颈”现象。

图4-2为目前使用最普遍的以太网星形结构，处于中心位置的网络设备为集线器（Hub）。

图4-1 电话网的星形结构

图4-2 以Hub为中心的以太网星形结构

这种结构便于集中控制，因为终端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。终端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他终端用户间的通信，但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。

2.总线型结构

总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有终端用户的一种方式，也就是说，连接终端用户的物理媒体由所有设备共享，如图4-3所示。

总线型网络结构简单，所有节点都连接在一根总线上。通常用于广播式通信信道。网络中的一个节点发送数据，其他节点均可接收。使用这种结构必须解决的一个问题是确保终端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个终端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在局域网环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，专门研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）。

图4-3 总线型网络拓扑结构(www.xing528.com)

这种结构具有费用低、数据终端用户入网灵活、站点或某个终端用户失效不影响其他站点或终端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个终端用户发送数据，其他终端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，终端用户失效、增删不影响全网工作，所以是LAN技术中使用最普遍的一种。

3.环形网络结构

环形网络结构在局域网中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个终端用户到另一个终端用户，直到将所有终端用户连成环形，如图4-4所示。这种结构显而易见消除了终端用户通信时对中心系统的依赖性。

环形结构的特点是，每个终端用户都与两个相临的终端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。于是，便有上游终端用户和下游终端用户之称。例如图4-4中，用户N是用户N+1的上游终端用户，N+1是N的下游终端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。

图4-4 环形网络拓扑结构

也就是说，环形网络结构将各节点依次连接成环状。在单环情况下，信息流是单向的，并且传输路径是固定的。双环结构时，信息可同时在两个方向上传输。环形拓扑的最大问题是网上任一节点或任一段线路发生故障，都可能导致全网瘫痪。

4.网形结构

网形也称不规则形，其各节点由通信线路连成不规则的形状，如图4-5所示。连接原则根据各节点的地理位置、传输时延及建网费用等因素折中考虑。网形结构是通信网中最一般的拓扑形式。

5.树形结构

树形结构如图4-6所示，是一种自然分级控制结构，它分两种形式，一种是总线型的集合，另一种是星形的派生。树形结构扩网容易，组网成本较低。然而，中间任一节点的故障都会影响网络局部或全部失效。

图4-5 网形网络拓扑结构

图4-6 树形网络拓扑结构