网络拓扑

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网络拓扑(Network Topology)结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局。指构成网络的成员间特定的物理的即真实的、或者逻辑的即虚拟的排列方式。如果两个网络的连接结构相同我们就说它们的网络拓扑相同，尽管它们各自内部的物理接线、节点间距离可能会有不同。

中文名

网络拓扑

外文名

NetworkTopology

应用学科

电信

目录

1简介

2基本概念

3拓扑分析

4分类

▪ 星型结构

▪ 环型结构

▪ 总线型结构

▪ 混合拓扑结构

▪ 分布式结构

▪ 树型结构

▪ 网状拓扑结构

▪ 蜂窝拓扑结构

5优势

6管理

▪ 性能管理

▪ 故障管理

▪ 配置管理

▪ 安全管理

▪ 拓扑管理

1简介

计算机连接的方

网络拓扑

式叫做“网络拓扑结构”（Network Topology）。网络拓扑是指用传输媒体互连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。设计一个网络的时候，应根据自己的实际情况选择正确的拓扑方式。每种拓扑都有它自己的优点和缺点。

拓扑是一种不考虑物体的大小、形状等物理属性，而仅仅使用点或者线描述多个物体实际位置与关系的抽象表示方法。拓扑不关心事物的细节，也不在乎相互的比例关系，而只是以图的形式表示一定范围内多个物体之间的相互关系。

在实际生活中，计算机与网络设备要实现互联，就必须使用一定的组织结构进行连接，这种组织结构就叫做“拓扑结构”。网络拓扑结构形象地描述了网络的安排和配置方式，以及各节点之间的相互关系，通俗地说，“拓扑结构”就是指这些计算机与通讯设备是如何连接在一起的。

研究网络和它的线图的拓扑性质的理论，又称网络图论。拓扑是指几何体的一种接触关系或连接关系；当几何体发生连续塑性变形时，它的接触关系会保持不变。用节点和支路组成的线图表示的网络结构也具有这种性质。

网络拓朴的早期研究始于1736年瑞士数学家L.欧拉发表的关于柯尼斯堡桥问题的论文。1845年和1847年，G.R.基尔霍夫发表的两篇论文为网络拓扑应用于电网络分析奠定了基础。

2基本概念

在设计网络拓扑结构时，我们经常会遇到如“节点”、“结点”、“链路”和“通路”这四个术语。它们到底各自代表什么，它们之间又有什么关系呢？

（1） 节点

一个“节点”其实就是一个网络端口。节点又分为“转节点”和“访问节点”两类。“转节点”的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息，如交换机、网关、路由器、防火墙设备的各个网络端口等；而“访问节点”是信息交换的源点和目标点，通常是用户计算机上的网卡接口。如我们在设计一个网络系统时，通常所说的共有××个节点，其实就是在网络中有多个要配置IP地址的网络端口。

（2）结点

一个“结点”是指一台网络设备，因为它们通常连接了多个“节点”，所以称之为“结点”。在计算机网络中的结点又分为链路结点和路由结点，它们就分别对应的是网络中的交换机和路由器。从网络中的结点数多少就可以大概知道你的计算机网络规模和基本结构了。

（3）链路

“链路”是两个节点间的线路。链路分物理链路和逻辑链路（或称数据链路）两种，前者是指实际存在的通信线路，由设备网络端口和传输介质连接实现；后者是指在逻辑上起作用的网络通路，由计算机网络体系结构中的数据链路层标准和协议来实现。如果链路层协议没有起作用，数据链路也就无法建立起来。

（4）通路

“通路”从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路的组合。也就是说，它是一系列穿越通信网络而建立起来的节点到节点的链路串连。它与“链路”的区别主要在于一条“通路”中可能包括多条“链路”。

3拓扑分析

图1是电网络及其线图的例子，其中的线段称作支路，点称作节点，若每条支路都规定了方向就是有向图，否则为无向图。树定义为包含线图中所有节点但不含回路的联通子图，线图中属于该树的支路叫作树支，其它则为连支。一个线图通常有许多棵树，图2为图1(b)线图的一些树。设线图有n+1个节点和b条支路，则树支恰有n条，连支则有b-n条。利用树可以系统地找出最大数目的独立回路组，方法是选定一棵树，给树每增添一条连支，就构成一个只包含该连支的回路，并称为基本回路，这样由b-n条连支共可得出b-n个独立的基本回路组。

图1 电网络及其线图

图2 树

3.1 图的矩阵表示

节点和支路的关系还可用矩阵来表示。如下图3及图4。

图3 图的矩阵表示

图4 图的矩阵表示

回路矩阵B是描述回路与支路间关系的（b-n）行b列的矩阵，其中的元素bij取值为1，则表示支路ej包含在回路ci中，且方向一致，取值为-1则表示方向相反，取值为0则ej不在回路ci中。B矩阵可由基本回路组或其线性组合来形成，是一个非奇异矩阵。

除A、B外还有其它描述线图的矩阵，如割集矩阵、邻接矩阵等，并统称为拓扑矩阵。

3.2 电网络方程式

借助于网络拓扑和矩阵方法，可以系统地建立电网络方程，并且便于用计算机处理。令Ib和Ub分别代表电网络的支路电流矢量和支路电压矢量，则可将电路的基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)表示为

KCL：AI_b=0 (n个独立方程）

KVL：BU_b=O (b-n个独立方程）

由此得出b个由网络拓扑性质确定的独立方程，再加上b个由支路元件性质确定的电流和电压关系式，就足以解出各支路的电流和电压(共2b个待求量）。由这三组方程还可导出含较少待求量的方程组，如节点电压方程组、回路电流方程组和节偶电压方程组等。

4分类

星型结构

星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央

网络拓扑

节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。

星形拓扑结构的主要优点有：

1.结构简单，容易管理维护；

2.重新配置灵活；

3.方便故障检测与隔离；

4.控制简单，便于建网；

5.网络延迟时间较小，传输误差较低；

星形拓扑结构的主要缺点有：

1.成本高、可靠性较低；

环型结构

网络拓扑

环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。

环型结构具有如下特点：信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。

环状拓扑的优缺点是：优点是由于每个节点都同时与两个方向的各一个节点相连接，此路不通彼路通，因此环状拓扑具有天然的容错性。缺点是由于存在来自两个方向的数据流，因此必须对这两个方向加以区分，或者进行限制，以避免无法区分的冗余数据流对正常通信的干扰。管理和维护比较复杂。

总线型结构

网络拓扑

总线结构是指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式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。

总线型结构的网络特点如下：结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线；使用的电缆少，且安装容易；使用的设备相对简单，可靠性高；维护难，分支节点故障查找难。

总线拓扑的优缺点是：优点是结构简单，可扩充性好。缺点是维护难、单点的结构可能会影响全网络。

混合拓扑结构

混合拓扑结构是由星型结构或环型结构和总线型结构结合

混合拓扑结构

在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量上的限制。

混合拓扑的优点：应用相当广泛，它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。扩展相当灵活。速度较快：因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在速度上应不受太多的限制。缺点是：由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制。同样具有总线型网络结构的网络速率会随着用户的增多而下降的弱点。较难维护，这主要受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了。

分布式结构

分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。

树型结构

树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

树状拓扑的优点是：易于扩展；易于隔离故障。

网状拓扑结构

网络拓扑

在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。有时也称为分布式结构。

蜂窝拓扑结构

蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。

在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构，如总线型与星型混合。总线型与环型混合连接的网络。在局域网中，使用最多的是总线型和星型结构。

5优势

网络拓扑

B/S结构：支持B/S结构，无需安装客户端软件，使应用更广泛。

管理拓扑：可以依据用户网络规划的意图，创建管理拓扑，将其应用到自动拓扑中，使自动拓扑变得更具有管理意义。

支持从交换机、路由器、防火墙、三层交换机、内容交换机、网闸、安全设备IDS等不同功能的网络设备，支持思科、华为、北电、港湾、华三等各个主流厂商的网络设备。并且，系统中提供灵活的接口，可对一些偏僻、少见的网络设备提供支持。

独有的发现引擎

独有的搜索发现引擎，具备强大的发现网络设备的能力和拓扑绘制功能，发现整个网络的拓扑结构和设备的接口信息等。这一切的前提仅仅是输入一台网络设备的IP地址，实现了真正的自动化网络发现。

同时支持物理和逻辑网络拓扑

网络拓扑

同时支持物理的网络拓扑和逻辑的网络拓扑，发现引擎在发现网络的同时，同时绘制物理的网络拓扑和逻辑的网络拓扑。

强大的定制功能

摩卡网络管理模块的优势在于其灵活性，不仅对不支持的设备支持提供灵活的接口，也支持自定义网络拓扑图和拓扑元素，自定义背板和图表，自定义管理元素和机房设施，自定义机房的机架图等，这一切，都可以与实际的网络设备相关联。

监控的信息入口

网络拓扑系统管理员非常重视的模块，可以说是系统管理员所有信息的入口，通过摩卡软件的网络拓扑，系统管理员可以查看所有主机、网络、应用等所有IT监控的资源。　[1] 

6管理

性能管理

网络拓扑

掌握和控制网络的状态，用二层的物理连接拓扑和三层逻辑图来描绘所有的网络设备的连接关系，以适当的比例映射到这个拓扑图上。用精心设计的各种图标来表示各种网络对象，而这些图标又往往涂上不同颜色来表示相应设备的不同状态。使管理员能够通过拓扑图就可以很及时的了解到网络运行情况。

故障管理

检测、定位和排除网络设备的故障。当出现故障时，能够及时确认故障、记录故障，并找出故障的位置尽可能地排除这些故障。

配置管理

在生成拓扑图的同时，系统会记录下每个网络设备的配置信息，一旦配置发生变化，会通过短信、邮件等多种方式告知管理员。即使是误操作使设备无法正常运行，也可以通过恢复配置文件的方法来解决问题。

安全管理

网络拓扑

对网络资源及其重要信息访问的约束和控制，不同的用户身份可以设置不同的访问权限及访问时间，详细记录下每个用户登录的时间及做过的操作、设置等，以保证系统有较高的安全性。

拓扑管理

提供灵活的自定义拓扑的工具，使用这些工具可以定义出多种风格的网络拓扑图，以满足多用户的需求。除此之外，可根据实际行政区域划分来定义每个网络设备的位置使拓扑视图更加清晰、易懂。