電腦網路拓撲

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電腦網路拓撲（Computer Network Topology）

　　電腦網路拓撲是指由電腦組成的網路之間設備的分佈情況以及連接狀態.把它兩畫在圖上就成了拓樸圖。一般在圖上要標明設備所處的位置，設備的名稱類型，以及設備間的連接介質類型。它分為物理拓樸和邏輯拓樸兩種。

　　每一種網路結構都由結點、鏈路和通路等幾部分組成。

　　1、結點：又稱為網路單元，它是網路系統中的各種數據處理設備、數據通信控制設備和數據終端設備。常見的結點有伺服器、工作站、集線路和交換機等設備。

　　2、鏈路：兩個結點間的連線，可分為物理鏈路和邏輯鏈路兩種，前者指實際存在發通信線路，後者指在邏輯上起作用的網路通路。

　　3、通路：是指從發出信息的結點到接受信息的結點之間的一串結點和鏈路，即一系列穿越通信網路而建立起的結點到結點的鏈。

　　拓撲結構的選擇往往與傳輸媒體的選擇及媒體訪問控制方法的確定緊密相關。在選擇網路拓撲結構時,應該考慮的主要因素有下列幾點:

　　(1)可靠性。儘可能提高可靠性,以保證所有數據流能準確接收;還要考慮系統的可維護性,使故障檢測和故障隔離較為方便。

　　(2)費用。建網時需考慮適合特定應用的通道費用和安裝費用。

　　(3)靈活性。需要考慮系統在今後擴展或改動時,能容易地重新配置網路拓撲結構,能方便地處理原有站點的刪除和新站點的加入。

　　(4)響應時間和吞吐量。要為用戶提供儘可能短的響應時間和最大的吞吐量。

　　電腦網路的拓撲結構主要有：匯流排型拓撲、星型拓撲、環型拓撲、樹型拓撲和混合型拓撲。

　　星形拓撲是由中央節點和通過點到點通信鏈路接到中央節點的各個站點組成。中央節點執行集中式通信控制策略,因此中央節點相當複雜,而各個站點的通信處理負擔都很小。星形網採用的交換方式有電路交換和報文交換,尤以電路交換更為普遍。這種結構一旦建立了通道連接,就可以無延遲地在連通的兩個站點之間傳送數據。目前流行的專用交換機PBX (Private Branch exchange)就是星形拓撲結構的典型實例。

　　（一）星型拓撲結構的優點

　　（1）結構簡單，連接方便，管理和維護都相對容易，而且擴展性強。

　　（2）網路延遲時間較小，傳輸誤差低。

　　（3）在同一網段內支持多種傳輸介質，除非中心結點故障，否則網路不會輕易癱瘓。因此，星型網路拓撲結構是目前應用最廣泛的一種網路拓撲結構。

　　（二）星型拓撲結構的缺點

　　（1）安裝和維護的費用較高

　　（2）共用資源的能力較差

　　（3）通信線路利用率不高

　　（4）對中心結點要求相當高，一旦中心結點出現故障，則整個網路將癱瘓。

　　星形拓撲結構廣泛應用於網路的智能集中於中央節點的場合。從目前的趨勢看,電腦的發展已從集中的主機系統發展到大量功能很強的微型機和工作站,在這種形勢下,傳統的星形拓撲的使用會有所減少。

　　匯流排拓撲結構採用一個通道作為傳輸媒體,所有站點都通過相應的硬體介面直接連到這一公共傳輸媒體上,該公共傳輸媒體即稱為匯流排。任何一個站發送的信號都沿著傳輸媒體傳播,而且能被所有其它站所接收。

　　因為所有站點共用一條公用的傳輸通道,所以一次只能由一個設備傳輸信號。通常採用分散式控制策略來確定哪個站點可以發送o發送時,發送站將報文分成分組,然後逐個依次發送這些分組,有時還要與其它站來的分組交替地在媒體上傳輸。當分組經過各站時,其中的目的站會識別到分組所攜帶的目的地址,然後複製下這些分組的內容。

　　（一）匯流排拓撲結構的優點

　　(1)匯流排結構所需要的電纜數量少，線纜長度短，易於佈線和維護。

　　(2)匯流排結構簡單,又是元源工作,有較高的可靠性。傳輸速率高，可達1~100Mbps。

　　(3)易於擴充,增加或減少用戶比較方便，結構簡單，組網容易，網路擴展方便

　　(4)多個結點共用一條傳輸通道，通道利用率高。

　　（二）匯流排拓撲的缺點

　　(1)匯流排的傳輸距離有限,通信範圍受到限制。

　　(2)故障診斷和隔離較困難。

　　(3)分散式協議不能保證信息的及時傳送,不具有實時功能。站點必須是智能的,要有媒體訪問控制功能,從而增加了站點的硬體和軟體開銷。

　　環形拓撲網路由站點和連接站點的鏈路組成一個閉合環。每個站點能夠接收從一條鏈路傳來的數據,並以同樣的速率串列地把該數據沿環送到另一端鏈路上。這種鏈路可以是單向的,也可以是雙向的。數據以分組形式發

　　送,例如圖中的A站希望發送一個報文到C站,就先要把報文分成為若幹個分組,每個分組除了數據還要加上某些控制信息,其中包括C站的地址。A站依次把每個分組送到環上,開始沿環傳輸,C站識別到帶有它自己地址的分組時,便將其中的數據複製下來。由於多個設備連接在一個環上,因此需要用分散式控制策略來進行控制。

　　（一）環形拓撲的優點

　　(1)電纜長度短。環形拓撲網路所需的電纜長度和匯流排拓撲網路相似,但比星形拓撲網路要短得多。

　　(2)增加或減少工作站時,僅需簡單的連接操作。

　　(3)可使用光纖。光纖的傳輸速率很高,十分適合於環形拓撲的單方向傳輸。

　　（二）環形拓撲的缺點

　　(1)節點的故障會引起全網故障。這是因為環上的數據傳輸要通過接在環上的每一個節點,一旦環中某一節點發生故障就會引起全網的故障。

　　(2)故障檢測困難。這與匯流排拓撲相似,因為不是集中控制,故障檢測需在網上各個節點進行,因此就不很容易。

　　(3)環形拓撲結構的媒體訪問控制協議都採用令牌傳遞的方式,在負載很輕時,通道利用率相對來說就比較低。

　　樹形拓撲從匯流排拓撲演變而來,形狀像一棵倒置的樹,頂端是樹根,樹根以下帶分支,每個分支還可再帶子分支，樹根接收各站點發送的數據,然後再廣播發送到全網。樹形拓撲的特點大多與匯流排拓撲的特點相同,但也有一些特殊之處。

　　（一）樹形拓撲的優點

　　(1)易於擴展。這種結構可以延伸出很多分支和子分支,這些新節點和新分支都能容易地加入網內。

　　(2)故障隔離較容易。如果某一分支的節點或線路發生故障,很容易將故障分支與整個系統隔離開來o

　　（二）樹形拓撲的缺點

　　各個節點對根的依賴性太大,如果根發生故障,則全網不能正常工作。從這一點來看,樹形拓撲結構的可靠性有點類似於星形拓撲結構。

　　將以上某兩種單一拓撲結構混合起來,取兩者的優點構成的拓撲稱為混合形拓撲結構。一種是星形拓撲和環形拓撲混合成的"星一環"拓撲,另一種是星形

　　拓撲和匯流排拓撲混合成的"星一總"拓撲。其實,這兩種混合形在結構上有相似之處,若將匯流排結構的兩個端點連在一起也就成了環形結構。這種拓撲的配置是由一批接入環中或匯流排的集中器組成,由集中器再按星形結構連至每個用戶站。

　　（一）混合形拓撲的優點

　　(1)故障診斷和隔離較為方便。一旦網路發生故障,只要診斷出哪個集中器有故障,將該集中器和全網隔離即可o

　　(2)易於擴展。要擴展用戶時,可以加入新的集中器,也可在設計時,在每個集中器留出一些備用的可插入新的站點的連介面。

　　(3)安裝方便。網路的主電纜只要連通這些集中器,這種安裝和傳統的電話系統電纜安裝很相似。

　　（二）混合形拓撲的缺點

　　(1)需要選用帶智能的集中器。這是為了實現網路故障自動診斷和故障節點的隔離所必需的。

　　(2)像星形拓撲結構一樣,集中器到各個站點的電纜安裝長度會增加。

　　網形拓撲。這種結構在廣域網中得到了廣泛的應用,它的優點是不受瓶頸問題和失效問題的影響。由於節點之間有許多條路徑相連,可以為數據流的傳輸選擇適當的路由,從而繞過失效的部件或過忙的節點。這種結構雖然比較複雜,成本也比較高,提供上述功能的網路協議也較複雜,但由於它的可靠性高,仍然受到用戶的歡迎。

　　目前瞻區域網都不採用單純的某一種網路拓撲結構，而是將幾種網路結構 進行綜合。根據實際需要選擇合適的混合式網路結構，具有較高的可靠性和較強的擴充性。常見的混合式網路拓撲結構有星匯流排型和星環型身等。

　　（1）星匯流排型

　　星匯流排型拓撲結構是將星型拓撲和匯流排型拓撲結合起來的一種拓撲結構，即網路的主幹線採用匯流排型結構，而在非主幹線上採用星型網路拓撲結構，通過集線器將其結合起來。這種網路拓撲結構中，只要主幹線不出現故障，任何一個結點出現故障都不會影響網路的正常運行。

　　（2）星環型

　　星環型拓撲結構是星型拓撲結構與環型拓撲結構混合而成的。這種網路結構佈局與星型網路很相似。但是中央集線器採取了環型方式，外層集線器可以連到內部集線器，從而有效地擴展了內總環的迴圈範圍。採用星環型拓結構還可將環中的任意一個結點和整個網路剝離開，從而方便故障的診斷和隔離。

　　隨著PWM技術的不斷發展和完善，開關電源以其高的性價比得到了廣泛的應用。開關電源的電路拓撲結構很多，常用的電路拓撲有推輓、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中， 在半橋電路中，變壓器初級在整個周期中都流過電流，磁芯利用充分，且沒有偏磁的問題，所使用的功率開關管耐壓要求較低，開關管的飽和壓降減少到了最小，對輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由於以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開關電源設計中得到廣泛的應用。

　　開關電源常用的基本拓撲約有14種。

　　每種拓撲都有其自身的特點和適用場合。一些拓撲適用於離線式(電網供電的)AC/DC變換器。其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出；有些適合高壓輸入(≥220V AC)，有些適合120V AC或者更低輸入的場合；有些在高壓直流輸出(>～200V)或者多組(4～5組以上)輸出場合有的優勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出紋波和雜訊也是選擇拓撲經常考慮的因素。

　　一些拓撲更適用於DC/DC變換器。選擇時還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件儘量少等。另外，有些拓撲自身有缺陷，需要附加複雜且難以定量分析的電路才能工作。

　　因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優缺點及適用範圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就註定失敗。

　　開關電源常用拓撲：

　　buck開關型調整器拓撲 、boost開關調整器拓撲 、反極性開關調整器拓撲 、推輓拓撲 、正激變換器拓撲 、雙端正激變換器拓撲 、交錯正激變換器拓撲 、半橋變換器拓撲 、全橋變換器拓撲 、反激變換器 、電流模式拓撲和電流饋電拓撲 、SCR振諧拓撲 、CUK變換器拓撲

　　開關電源各種拓撲集錦先給出六種基本DC/DC變換器拓撲

　　依次為buck，boost，buck－boost，cuk，zeta，sepic變換器

　　樹形拓撲的缺點：

　　各個節點對根的依賴性太大。