電腦網路的拓樸結構有哪些

電腦網路的拓樸結構是指網路電腦或裝置與傳輸媒介所形成的結點與線的物理構成模式，主要有星型拓樸結構、匯流排拓樸結構、環型拓樸、樹型拓樸結構、混合型拓樸結構、網型拓樸結構、開關電源拓樸；其中，星型網路拓樸結構是應用最廣泛的一種網路拓樸結構。

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電腦網路拓樸(Computer Network Topology)是指由電腦組成的網路之間裝置的分佈以及連線狀態。把它兩畫在圖上就成了拓樸圖。一般在圖上要標示設備所處的位置，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。

電腦網路的拓樸結構

電腦網路的拓樸結構，即是指網路電腦或裝置與傳輸媒介所形成的結點與線的物理構成模式。網路的結點有兩類：一類是轉換和交換資訊的轉接結點，包括結點交換器、集線器和終端控制器等；另一類是存取結點，包括電腦主機和終端機等。線則代表各種傳輸媒介，包括有形的和無形的。

組成

每一種網路結構都由結點、連結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資料處理設備、資料通訊控制設備和資料終端設備。常見的結點有伺服器、工作站、集線路和交換器等設備。

2、連結：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：指從發出訊息的結點到接受訊息的結點之間的一串結點和鏈路，即一系列穿越通訊網路而建立起的結點到結點的鏈。

拓樸結構的常見類型

電腦網路依拓樸結構分為：星型拓樸結構、匯流排拓樸結構、環型拓樸結構、樹型拓樸結構、混合型拓樸結構、網型拓樸結構、開關電源拓樸結構。

星型拓樸

星型拓樸是由中央節點和經由點到點通訊連結接到中央節點的各個站點所組成。中央節點執行集中式通訊控制策略,因此中央節點相當複雜,而各個站點的通訊處理負擔都很小。星型網路採用的交換方式有電路交換和封包交換,特別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資料。流行的專用交換器PBX (Private Branch exchange)就是星型拓樸結構的典型實例。

星型拓樸結構的優點：

• （1）結構簡單，連線方便，管理和維護都相對容易，而且擴充性強。

• （2）網路延遲時間較小，傳輸誤差低。

• （3）在同一網段內支援多種傳輸介質，除非中央節點故障，否則網路不會輕易癱瘓。

• （4）每個節點直接連到中央節點，故障容易偵測和隔離，可以很方便地排除故障的節點。

因此，星型網路拓撲結構是應用最廣泛的一種網路拓撲結構。

星型拓樸結構的缺點：

• （1）安裝與維護的費用較高

• （2）共享資源的能力較差

• （3）一條通訊線路只被該線路上的中央節點和邊緣節點使用，通訊線路利用率不高

• （4）對中央節點要求相當高，一旦中央節點出現故障，則整個網路將癱瘓。

星型拓樸結構廣泛應用於網路的智慧集中於中央節點的場合。從趨勢看,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，傳統的星型拓樸的使用會減少。

匯流排拓撲

匯流排拓撲結構採用一個通道作為傳輸媒體,所有站點都透過對應的硬體介面直接連接到這一公共傳輸媒體上,該公共傳輸媒體即稱為總線。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。

因為所有網站共用一條公用的傳輸頻道,所以一次只能由一個裝置傳送訊號。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。

匯流排拓樸結構的優點：

• (1)匯流排結構所需的纜線數量少，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,增加或減少使用者較為方便，結構簡單，組網容易，網路擴充方便

• (4)多個節點共用一條傳輸頻道，頻道利用率高。

匯流排拓樸的缺點：

• (1)匯流排的傳輸距離有限,通訊範圍受到限制。

• (2)故障診斷和隔離較困難。

• (3)分散式協定無法保證資訊的及時傳送，不具備即時功能。站點必須是智慧的，要有媒體存取控制功能,從而增加了站點的硬體和軟體開銷。

環型拓樸

在環型拓樸中各節點透過環路介面連在一條首尾相連的閉合環型通訊線路中，環路上任何節點均可以要求發送訊息。請求一旦被批准，便可以向環路發送訊息。環型網路中的資料可以是單向也可是雙向傳輸。由於環路公用，一個節點發出的信息必須穿越環中所有的環路接口，信息流中目的地址與環上某節點地址相符時，信息被該節點的環路接口所接收，而後信息繼續流向下一環路接口，一直流回到發送該訊息的環路接口節點為止。

環型拓樸的優點：

• (1)纜線長度短。環型拓樸網路所需的電纜長度和匯流排拓撲網路相似，但比星形拓樸網路短得多。

• (2)增加或減少工作站時，僅需簡單的連線操作。

• (3)可使用光纖。光纖的傳輸速率很高，十分適合環型拓樸的單方向傳輸。

環型拓樸的缺點：

• (1)節點的故障會造成全網故障。這是因為環上的資料傳輸要透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造成全網的故障。

• (2)故障偵測困難。這與總線拓撲相似,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)環型拓樸結構的媒體存取控制協定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。

樹形拓樸

樹型拓樸可以認為是多層次星型結構組成的，只不過這種多層次星型結構自上而下呈三角形分佈的，就像一顆樹一樣，最頂端的枝葉少些，中間的多些，而最下面的枝葉最多。樹的最下端相當於網路中的邊緣層，樹的中間部分相當於網路中的匯聚層，而樹的頂端則相當於網路中的核心層。它採用分級的集中控制方式，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合迴路，每條通訊線路都必須支援雙向傳輸。

樹型拓樸的優點：

• (1)易於擴充。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。

樹型拓樸的缺點：

• 各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，樹型拓樸結構的可靠性有點類似星型拓樸結構。

混合型拓樸

混合型拓樸是將兩個單一拓樸結構混合起來，取兩者的優點所構成的拓樸。

一種是星型拓樸和環型拓樸混合成的"星-環"拓撲，另一種是星型拓樸和匯流排拓樸混合成的"星-總"拓樸。

這兩種混合型結構有相似之處，如果將匯流排拓樸的兩個端點連在一起也就變成了環型拓樸。

在混合型拓樸結構中，匯聚層設備組成環型或匯流排型拓撲，匯聚層設備和存取層設備組成星型拓樸。

混合型拓樸的優點：

• (1)故障診斷和隔離較為方便。一旦網路發生故障，只要診斷出哪個網路設備故障，將該網路設備和全網隔離即可。

• (2)易於擴充。要擴充使用者時，可以加入新的網路設備，也可在設計時，在每個網路設備中留出一些備用的可插入新網站的連接口。

• (3)安裝方便。網路的主鏈路只要連接匯聚層設備，然後再透過分支鏈路連接匯聚層設備和存取層設備。

混合型拓樸的缺點：

• (1)需要選用智慧網路設備，實現網路故障自動診斷和故障節點的隔離，網路建設成本比較高。

• (2)像星型拓樸結構一樣，匯聚層裝置到存取層裝置的線纜安裝長度會增加較多。

網型拓樸

網型拓樸。這種結構在廣域網路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，可以為資料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定也較複雜，但由於它的可靠性高，仍受到使用者的歡迎。

網型拓樸的一個應用是在BGP協定中。為確保IBGP對等體之間的連通性，需要在IBGP對等體之間建立全連接關係，即網狀網絡。假設在一個AS內部有n台路由器，那麼應該建立的IBGP連線數就為n(n-1)/2個。

網型拓樸的優點：

• (1)節點間路徑多，碰撞和阻塞減少。

• (2)局部故障不影響整個網絡，可靠度高。

網型拓樸的缺點：

• (1)網路關係複雜，建網較難，不易擴充。

• (2)網路控制機制複雜，必須採用路由演算法與流量控制機制。

開關電源拓撲

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。開關電源的電路拓樸結構很多，常用的電路拓樸有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中， 在半橋電路中，變壓器初級在整個週期中都流過電流，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。由於上述許多原因，半橋式變換器在高頻開關電源設計上廣泛的應用。

開關電源常用的基本拓樸約有14種。

每種拓樸都有其自身的特點和適用場合。有些拓樸適用於離線式(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或更低輸入的場合；有些在高壓直流輸出(>～200V)或多組(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裝置較少或是在裝置數與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出漣波和雜訊也是選擇拓樸經常考慮的因素。

有些拓樸更適用於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，以及是否要求裝置盡量少等。另外，有些拓樸本身有缺陷，需要附加複雜且難以定量分析的電路才能運作。

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注定失敗。

開關電源常用拓樸：

buck開關型調整器拓樸、boost開關調整器拓樸、反極性開關調整器拓樸、推挽拓樸、正激變換器拓樸、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共振拓撲、CUK變換器拓撲

開關電源各種拓樸集錦先給定六種基本DC/DC變換器拓樸

依序為buck，boost，buck－boost，cuk，zeta，sepic變換器

樹型拓樸的缺點：

• 各節點對根的依賴性太大。

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