“拓扑是一种不考虑物体的大小、形状等物理属性,而仅仅使用点或线描述多个物体实际位置关系的头像表示方法。”
计算机连接的方式称为“网络拓扑结构(NetWork Topology)”网络拓扑定义为传输媒体互联各种设备的物理布局,特别是计算机分布的位置以及电缆如何通过它们。设计一个通信网络的时候,应根据实际情况选择正确的拓扑方式,每种拓扑都有它主机的优点和缺点。
计算机网络的拓扑结构,即指计算机或设备与传输媒介形成的节点与线的物理构成模式。网络的结点有两类:一类是转换和交换信息的转结点,其包括交换机、集线器和终端控制器等;另外一类则是访问结点,包括计算机主机和终端等。线条则表示各种传输媒介,包括有型的和无形的。
常见计算机网络拓扑结构有:总线型网络拓扑结构、树型网络拓扑结构、星型网络拓扑结构、环型网络拓扑结构、网状网络拓扑结构和混合型网络拓扑结构。
{- NO.1 总线型网络拓扑结构}
总线型网络拓扑结构采用一个信道作为传输媒体。各工作站和服务器均挂在一条总线上,各工作站地位平等,无中心节点控制,公用总线上的信息多以基带形成串行传递,其传递方向总是是从发送节点方向开始向两端扩散,如同广播电台发射的信息一样,因此又称为广播式脚手架网络。
总线型结构所需姚的电缆数量少,线缆长度短,易于布线和维护;
总线型结构简单,优势元源工作,有较高的可靠性,传输速率高;
易于扩充,增加或减少用户数量;
多个节点共用一条信道,利用率高。
总线的传输距离有限,通信范围受到限制;
故障诊断和隔离较困难;
分布式协议不能保证数据及时传送,不具有实时功能。
{- NO.2 树状型网络拓扑结构}
树状型网络拓扑结构是分级的集中控制式网络。这种拓扑结构可以认为是多级星型结构组成的,只不过是这种多级星型结构是自上而下呈三角形分布,就像一颗树一样,最顶端的枝叶少,中间的多,而最下面的枝叶最多。树的最下端想低昂与网络中的边缘层,树的中间部分相当于网中的汇聚层,而树的顶端则是网络中的核心层。其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路,每条通信线路都必须支持双向通信。
易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和自子分支,这些新节点和新分支能容易的加入内网;
故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将故障分支与整个系统做出隔离。
各个节点对根的依赖性太大,如果根节点发生故障,则全网络不能正常工作。从这一点来看,树状网络拓扑结构的可靠性类似于星型网络拓扑结构。
{- NO.3 星型网络拓扑结构}
星型网络拓扑结构是最古老的一种连接方式,是指各工种站以星型方式连接成网。星型拓扑是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成。中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,而各个节点的通信处理负担都很小。星型拓扑采用的交换方式有电路交换和报文交换。尤以电路交换更为普遍。这种结构一旦建立了通信连接,就可以无延迟的在连通的两个站点之间传送数据。目前流行的专用交换机PBX就是星型拓扑结构的典型实例。
结构简单,连接方便,管理和维护都相对容易,而扩展性强;
网络延迟时间较小,传输误差低。
b.在同一网段内支持多种传输介质,除非中央节点故障电脑主机内部结构,否则网络不会轻易瘫痪。
c.每个节点直接连接中央节点,故障容易检测和隔离,可以很方便得排除有故障的节点。
安装和维护费用较高;
共享资源的能力较差;
一条通信线路只被该线路上的中央点和边缘节点使用,通信线路利用率不高;
对中央节点要求相当高,一旦中央节点出现故障,则整个网络瘫痪。
{- NO.4 环型网络拓扑结构}
环型网络拓扑结构中各节点通过环路接口连在一条首尾的闭合环型通信线路中,环路上任意节点均可以请求发送信息。请求一旦被批准,便可以向环路发送信息。环型拓扑网络中的数据可以是单向的也可以是双向传输的。
由于环路公用,一个节点发出的信息必须穿越环中的所有环路接口,信息流中目的地址与环上某节点地址相符时,信息被该节点的环路接口所接收,而后信息继续流向下一环路接口,一直流回到发送该信息的环路接口节点位置。
电缆长度较短。环型拓扑网络所需要的电缆长度和总线型拓扑网络相似,但比星形拓扑网络要短得多;
增加或减少工作站时,仅需要简单的连接操作;
可以使用光纤。光纤的传输速率很高,十分适合于环型拓扑的单方向传输。
节点的故障会引起整体网络故障。这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一点环中某个节点发生故障就会引起整体全网故障。
故障检测困难。这与总线拓扑相似,因为不是集中控制,故障检测需在网上节点进行,因此就不容易。
环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传输的方式在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低
{- NO.5 混合型网络拓扑结构}
混合型拓扑是将两种单一拓扑结构混合起来,取两者的有点构成的拓扑。
一种是星型拓扑和环型拓扑混合成“星-环”拓扑,另一种是星型拓扑和总线拓扑混合成“星-总”拓扑。
这两种混合型结构有相似之处,如果将总线拓扑的两个端点连在一起也就变成了环型拓扑。
在混合拓扑结构中,汇聚层设备组成环型或总线型拓扑,汇聚层设备和接入层设备组合成星型拓扑。
故障诊断和隔离较为方便。一旦网络发生故障电脑主机内部结构,只要诊断出哪个网络设备有故障,将该网络设备和全网隔离即可。
易于扩展。要扩展用户时,可以加入新的网络设备,也可在设计时,在每个网络设备中留出一些备用的可插入新站点的接口。
安装方便。网络的主链路只要连通汇聚层设备,然后在通过分支链路连通汇聚层设备和接入层设备。
需要选用智能网络设备,实现网络故障自动诊断和故障节点的隔离,网络建设成本较高;
像星型拓扑结构一样,汇聚层设备到接入层设备的线缆安装长度会增加较多。
{- NO.6 数据中心计算机网络拓扑结构}
目前大多数数据中心的主要计算机网络拓扑结构都是基于第三层协议构建的。典型的结构就是通过一个核心交换机连接第二级交换机或其他网络设备,包括外部网络和内部网络的用户层和汇聚层。
Leaf节点和Spine节点是数据中心计算机网络拓扑结构最重要和明显的部分,简称为leaf-spine。这种计算机网络拓扑结构的随着交换机设备的增多会带来传输上的的瓶颈,如存储区域网络的数据流量会受到这种交换机节点增多的影响。
{- NO.7 新型的计算机网络拓扑结构}
新的计算机网络拓扑结构设计时一种专用通道的计算机网络拓扑结构,具体的应用走专用的网络通道,这种计算机网络拓扑结构设计理论上考虑到网络内的设备可以自由移动物理位置,并继承了传统计算机网络拓扑结构交换机转发数据的特点。虽然目前的主流计算机网络拓扑结构好像用不上这些技术,但新兴技术的成熟总需要时间来验证,也许不是现在,但作为次世代的技术,在未来有很大的发展空间。
还有一些其他已经成型的新型计算机网络拓扑结构,这些新兴的计算机网络拓扑结构,已经超越了传统基于第三层网络leaf-spine的计算机网络拓扑结构。虽然这些计算机网络拓扑结构并不多见。因为这些计算机网络拓扑结构大多应用于特殊领域的数据中心。
多层的leaf-spine计算机网络拓扑结构,已经很接近计算机网络拓扑结构的基线,许多大型网络利用垂直部署的方法来扩展网络,如VLAN等等。
Hypercube立方体计算机网络拓扑结构,一个简单的3D Hypercube结构就像由六个面组合的立方体的网络,每个联结点都由交换机构成。而一个4D Hypercube网络就如一个3D Hypercube网络位于另一个3D Hypercube里面,里外两个网络通过转角的节点连接彼此,设备节点连接在外层的网络。如要实施这种计算机网络拓扑结构,需要对主机的需求和预算进行了解,并且要详细明白这种计算机网络拓扑结构的特点在哪。
Toroidal环型计算机网络拓扑结构,这种计算机网络拓扑结构其实是指任何环型计算机网络拓扑结构。一个3D的环型计算机网络拓扑结构是高度结构化的网络环。环型计算机网络拓扑结构通常用于需要高性能计算环境,并可能依靠交换机之间的互连节点计算。
Jellyfish水母型计算机网络拓扑结构,听起来名字很奇怪,但挺符合它的称呼的。这种计算机网络拓扑结构主要的特点在它是一种大随机性的计算机网络拓扑结构,这种计算机网络拓扑结构的交换机根据网络设计师的设计相互连接。这种计算机网络拓扑结构的结构设计比起传统结构可以提高甚至25%的数据容量。
DCell计算机网络拓扑结构,在这种计算机网络拓扑结构中,网络内的服务器都有多个网卡。其中部分网卡相互连接各个服务器,服务器就像一个大型网络环境的细胞一样。DCell一般需要每服务器有四个或更多的网卡。
FiConn计算机网络拓扑结构,类似DCell,FiConn结构中,每计算机网络拓扑结构服务器到另一个服务器的互联形成一个细胞节点,但需要两个网卡。
BCube计算机网络拓扑结构,类似DCell,FiConn,BCube使用额外的服务器端口直接连接,这些端口是专为模块化网络部署。微软在背后主推BCube计算机网络拓扑结构,并建立BCube源路由协议来管理网络数据中心的计算机网络拓扑结构。
CamCube计算机网络拓扑结构,这种计算机网络拓扑结构目的是为了优化整个环面的数据传输,计算机网络拓扑结构被用于集群主机互联,计算机网络拓扑结构是建立在微软CamCubeOS之上。传统的计算机网络拓扑结构管理方式在这种网络结构上不起作用。
Butterfly蝴蝶型计算机网络拓扑结构,谷歌的扁平式蝴蝶结构是一个特定的计算机网络拓扑结构,类似于一个棋盘。在这种网络结构中,任何节点都可以作为一个开关,节点控制着流程。这种类型的网络目的在于降低功耗,有绿色环保的意义。
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