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网络拓扑结构是构建功能性有线或无线网络的核心。为了实现最佳性能，网络设备会按照特定的拓扑结构排列，以保障数据在它们之间的有效流动。了解主要的网络拓扑类型对于理解或构建网络至关重要。本文章将解释7种网络拓扑类型并附上示例。
什么是网络拓扑结构？
网络拓扑结构指的是参与的计算机、天线、传感器和其他设备在网络中的排列和交互方式。可以使用多种拓扑结构来组织和指导网络内部数据的流动。
选择最适合的拓扑结构是网络设计的关键部分，并考虑以下因素：
- 网络中设备的类型（例如计算机、天线、电话、传感器）
- 网络应用
- 预期的网络吞吐量和容量
- 用于连接设备的技术
- 管理和维护需求
- 成本
7种网络拓扑结构
以下是主要的网络拓扑结构。它们可以是有线或无线的，并且用于电信、信息技术以及任何其他节点实际排列的地方，数据在其中流动或交换：
1. 点对点网络拓扑结构
这是最基本的网络连接类型，可以作为下面更复杂的网络拓扑结构的基本构建块。
什么是点对点网络？
点对点网络连接是一种将两台计算机、设备或节点连接起来的单一有线或无线链接。这两个点之间进行单向或双向数据交换，并且数据流可以受到干扰的保护。
根据可用的带宽，点对点链接可以进行大量数据的高速、高吞吐量连接。
点对点连接的特点
在点对点连接中：
- 只有两个参与设备
- 数据可以单向或双向流动
- 没有网络集线器或控制器
- 交换的数据不需要特别管理或打包
点对点连接的优缺点
点对点连接的优点：
- 快速可靠的连接，能够提供高速数据链路。
- 在短距离内安装简单且成本低廉。
- 可以使用无线链接覆盖长距离。
- 点对点连接可以连接多个设备形成其他网络拓扑结构。
点对点连接的缺点：
- 干扰或攻击会影响两个设备。
- 数据只在两个设备之间共享。
点对点网络拓扑结构的示例
点对点网络拓扑结构的一个成功应用是使用无线链接提供家庭宽带连接。在缺乏电缆或光纤互联网连接的地点，无线互联网公司可以设置无线链接，实现互联网公司的骨干网与偏远或乡村住宅之间的高速数据交换。
2. 星型网络拓扑结构
在星型网络中，每个节点都与一个中央集线器或交换机单独连接。
星型网络是最早和最常见的网络拓扑之一。它通过在arcnet和以太网局域网中的使用而变得广泛。
什么是星型网络？
星型网络是一种连接节点的排列，每个参与节点都与一个中央集线器或交换机直接连接。从图形上看，它看起来像一个星星或车轮的辐条。
集线器是网络控制器和数据交换的主要通道。节点之间不能交换数据，所有的数据都必须通过集线器传递，集线器指导信息的流动。星型网络可以是有线或无线的。
星型网络的特点
在星型网络中：
- 所有的连接（有线或无线）都终止于一个中心点。
- 星型网络可以通过连接或断开节点来进行扩展。
- 对集线器的连接丧失只会影响单个节点而不是整个网络。
星型网络的优缺点
星型网络的优点包括：
- 节点的连接失败不会导致整个网络的停机时间。
- 设备可以连接和断开而不需要停机时间。
- 此设计可以支持大型网络，并具有集中控制。
星型网络的缺点包括：
- 集线器是网络中最容易受到攻击的部分。如果它出现故障，整个网络都会崩溃。
星型网络拓扑的示例
智能家居管理的zigbee网络依赖于一个单一的控制器，设备可以连接到该控制器进行监控和控制。
3.总线网络拓扑
以太网仍然使用总线拓扑。
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总线或线性拓扑与1972年罗伯特·梅特卡夫发明的以太网密切相关。以太网仍然是使用该拓扑的主要网络技术之一。
什么是总线网络？
总线（或线性网络）是一种网络拓扑，其中网络中的所有参与设备都连接到一根称为总线的公共线缆上。该电缆通常是rj-45网络电缆或同轴电缆，并形成网络的主干或干线。
总线拓扑有两种类型：
- 线性总线拓扑，所有节点都连接到一段端到端的电缆上
- 分布式总线拓扑，节点连接到具有多个终端点的分支电缆上。
在总线网络中，网络流量沿着线性主干移动，它可能构成有线互联网反向传输。总线网络中的每个节点称为站点，所有站点都接收网络流量并具有相等的传输优先级。为了防止碰撞，网络使用了诸如载波监听多路访问（csma）之类的访问控制技术。
总线拓扑的特点
在总线网络中：
- 设备沿着一根或多根电缆线性连接。
- 电缆的端点必须仔细终止，以防止信号反射。未终止的总线电缆会产生回波，产生干扰现象称为“振铃”。
总线网络的优缺点
总线网络的优点包括：
- 低成本
- 适用于小型、封闭的网络的高效拓扑结构
- 易于添加或删除设备
- 需要较少的布线
- 网络中的一个节点的故障不会影响其他节点
总线网络的缺点包括：
- 主干电缆损坏会导致整个网络瘫痪
- 由于所有设备都使用单一的电缆连接，故障排除变得困难
- 这些网络的扩展能力差，如果网络流量高，可能会变慢
- 由于所有设备共享总线，如果一个节点被感染或被黑客攻击，所有节点都可能受到损害
总线网络拓扑结构示例
早期的以太网网络（20世纪70年代和80年代）采用总线网络架构。除了与传统系统接口的网络外，它在今天并不常见。
4. 环形网络拓扑结构
在环形拓扑结构中，所有节点都连接在一个环形中。
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环形网络拓扑结构是由ibm于1984年引入的另一种较早的局域网拓扑结构。
什么是环形网络？
环形网络由连接在一个环形中的节点组成，每个节点连接到其他两个节点。环形网络形成了一个数据流的连续路径，数据按顺序通过每个节点传输。
环形网络中的数据流可以是单向的或双向的。单向数据流可以是顺时针或逆时针的。实际部署的环形网络可能将环形用作高速骨干，并使用集线器或聚合器来引导网络。
环形网络的特点
在环形网络中：
- 设备在逻辑级别上连接在一个环形中。
- 每个节点处理数据包。
- 节点之间的连接可以是单向或双向的。
- 通过使用备份环形（双环网络），可以增强和保护环形网络免受故障的影响。辅助环形可能是逆向旋转的（c环网络）。
环形网络的优缺点
环形网络的优点包括：
- 网络不被任何单一节点垄断。
- 节点对数据的传输和接收具有平等的访问权。
- 可以处理比总线网络更重的网络负载。
- 安装和配置简单。
- 每个参与节点之间的点对点连接使得容易识别和修复故障。
环形网络的缺点包括：
- 环形网络的主干损坏会导致整个网络瘫痪。
- 环形网络不易扩展，并且在存在过多的网络流量时会变慢。
- 一个被黑客攻击或感染的节点可能会危及整个网络。
- 调整环形网络通常需要整个网络的停机时间。
环形网络拓扑结构的示例
ibm令牌环网络（ieee 802.5）是环形网络最著名的例子。该特性是一种专有的三字节帧，参与网络的设备之间进行交换。
其他环形网络的例子包括：
- pstn电话系统网络信令系统第7号
- sonet网络
- 光纤分布式数据接口（fddi）
5. 网状网络拓扑
在网状拓扑中，多个节点互相连接。
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网状网络是20世纪80年代由国防部门开发的。由于成本高和复杂性，其广泛应用被推迟。从20世纪90年代末开始，网状网络的采用逐渐增加。
什么是网状网络？
网状网络由多个互相连接的节点组成。各节点之间的链接是非层次化、双向和动态的，允许数据在整个网络中传播，节点之间可以与直接连接的节点发送和接收数据。
这些网络可以是有线的或无线的。无线网状网络也被称为无线自组网。网状网络可以是部分性质的，设备之间的互连较少且有一个控制器，也可以是全面性质的，网络中的所有设备都连接在一起。
网状网络具有韧性，因为网络不依赖于任何单个节点。虽然网状网络通常有一个控制器，但它们能够自组织和自配置。
网状网络的特点
在网状网络中：
- 节点是非层次化的
- 数据可以通过多种方式在网络中传输
- 网状拓扑具有渔网的外观，因为参与的设备相互连接。
网状网络的优缺点
网状网络的优点包括：
- 可扩展性和鲁棒性高
- 可以添加和配置新节点而不会影响到网络的其余部分
- 一个节点的故障或受损不会导致整个网络关闭
- 各节点之间的点对点连接具有韧性
网状网络的缺点包括：
- 复杂的网络架构
- 与旧的和传统网络拓扑相比，成本较高
- 电缆网状网络由于所需的大量电缆而非常昂贵
- 实施可能很复杂。
网状网络拓扑的示例
随着网状wi-fi的推出，网状网络技术已进入消费市场。网状wi-fi不依赖于财产中的一个固定位置的单个路由器，而是由多个互相连接的节点组成，在大型建筑物或校园中通过无线方式交换数据。
6. 树状网络拓扑
树状拓扑中，后续节点按层级从根节点连接。
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树状网络拓扑是由鲁道夫·拜尔和爱德·麦克雷特在1971年在boeing实验室开发的。这种网络拓扑也被称为b树和总线和星型拓扑。
什么是树状网络？
树状网络的拓扑具有一个根节点和按层级连接的后续节点。根节点通常是一个控制器，通过多代“子”节点传递数据。另一种排列方式是将几个星型拓扑连接到一个总线上，因此被称为总线星型拓扑。
树状网络的特点
在树状网络中：
- 节点按照层级拓扑结构排列
- 数据通过网络从主节点、父节点或控制节点路由
- 包含星型网络可以按照分支状总线网络电缆排列
树状网络的优缺点
树状网络的优点包括：
- 网络韧性-如果一个节点故障，其余网络仍可继续运行
- 易于扩展
- 简单的错误检测
- it团队可以管理和维护这些网络
树状网络的缺点包括：
- 有线树状网络需要大量的电缆
- 中心节点的丢失会导致整个网络崩溃
树状网络拓扑的例子
计算机编程、文件系统和数据库中使用的b树就是这种拓扑的一个例子。
7. 混合网络拓扑
混合网络拓扑通过结合至少两种不同的网络拓扑创建一种新颖的网络结构。
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混合拓扑是这些网络拓扑中最多样化的，可以包含以上描述的拓扑元素。
什么是混合网络？
混合网络将至少两种不同的网络拓扑结合起来，创建一种新颖的网络结构。混合网络的发展归功于wittie等人开发的横跨总线的超立方体。
混合网络的类型包括：
- 星形环网由多个星型网络排列成环
- 超网是每个节点都与网络中的所有其他节点连接的总线
- 多个星型网络排列成星形的雪花网络
- 层次星型网络由星型网络按照层级排列
一个例外是在组合中使用树状网络，因为任何包含树状网络的网络都是树状网络。
混合网络的特点
在混合网络中：
- 结合多种网络拓扑，以实现最大的韧性、效用和性能。
混合网络的优缺点
混合网络的优点包括：
- 可以高度定制
- 可以最大化各种网络类型的优势，最小化缺点
- 易于扩展和高度灵活
- 除非单个节点是控制器，否则网络对停机具有韧性
混合网络的缺点包括：
- 成本高
- 开发和实施复杂
混合网络拓扑的例子
第五代或5g蜂窝网络采用混合网络拓扑。这是因为5g ran技术是非传统的，使用多个电信技术，包括小型蜂窝、分布式天线网络和开源网络接入，以实现其覆盖范围和性能。
结论
大多数网络都使用这些常规拓扑进行组织，以确保它们的性能优越且具有韧性。成功的网络设计将以这7种网络拓扑为基础，根据网络的实际需求进行改变和适应。
