网络拓扑

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什么是拓扑？

拓扑定义了所有组件如何相互连接的网络结构。拓扑有两种类型：物理和逻辑拓扑。

物理拓扑是网络中所有节点的几何表示。

计算机网络拓扑

总线拓扑

计算机网络拓扑

CSMA：它是一种媒体访问控制，用于控制数据流，以保持数据完整性，即数据包不会丢失。处理两个节点同时发送消息时发生的问题有两种替代方法。

• CSMA CD： CSMA CD（碰撞检测）是一种用于检测碰撞的访问方法。一旦检测到冲突，发送方将停止传输数据。因此，它适用于“ 碰撞后的恢复 ”。
• CSMA CA： CSMA CA（冲突避免）是一种访问方法，用于通过检查传输媒体是否繁忙来避免冲突。如果忙，则发送方等待，直到媒体变为空闲。该技术有效地降低了碰撞的可能性。它不适用于“碰撞后恢复”。

总线拓扑的优点

• 低成本电缆：在总线拓扑中，节点直接连接到电缆而不通过集线器。因此，初始安装成本很低。
• 中等数据速率：同轴或双绞线电缆主要用于支持高达10 Mbps的总线网络。
• 熟悉的技术：总线拓扑是一种熟悉的技术，因为安装和故障排除技术是众所周知的，并且硬件组件很容易获得。
• 有限故障：一个节点发生故障不会对其他节点产生任何影响。

总线拓扑的缺点

• 广泛的布线：总线拓扑结构非常简单，但仍然需要大量布线。
• 难以排除故障：需要专门的测试设备来确定电缆故障。如果电缆中发生任何故障，则会中断所有节点的通信。
• 信号干扰：如果两个节点同时发送消息，则两个节点的信号相互冲突。
• 重新配置很困难：向网络添加新设备会降低网络速度。
• 衰减：衰减是信号丢失导致通信问题。中继器用于重新生成信号。

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环形拓扑

计算机网络拓扑

令牌传递的工作

• 令牌在网络中移动，它从计算机传递到计算机，直到到达目的地。
• 发件人通过将地址与数据一起修改令牌。
• 数据从一个设备传递到另一个设备，直到目标地址匹配。一旦目标设备收到令牌，它就会向发送方发送确认。
• 在环形拓扑中，令牌用作载波。

环拓扑的优点

• 网络管理：可以从网络中删除有故障的设备，而无需关闭网络。
• 产品可用性：提供许多用于网络操作和监控的硬件和软件工具。
• 成本：双绞线布线价格低廉且易于使用。因此，安装成本非常低。
• 可靠：它是一个更可靠的网络，因为通信系统不依赖于单个主机。

环拓扑的缺点：

• 难以排除故障：需要专门的测试设备来确定电缆故障。如果电缆中发生任何故障，则会中断所有节点的通信。
• 失败：一个站点的故障导致整个网络的故障。
• 重新配置很困难：向网络添加新设备会降低网络速度。
• 延迟：通信延迟与节点数成正比。添加新设备会增加通信延迟。

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星形拓扑

计算机网络拓扑

星型拓扑的优点

• 高效的故障排除：与总线拓扑相比，星型拓扑中的故障排除非常有效。在总线拓扑中，管理员必须检查电缆的公里数。在星型拓扑中，所有站都连接到集中式网络。因此，网络管理员必须转到单站来解决问题。
• 网络控制：可以在星型拓扑中轻松实现复杂的网络控制功能。星型拓扑中的任何更改都将自动适应。
• 有限故障：由于每个站都使用自己的电缆连接到中央集线器，因此一根电缆中的故障不会影响整个网络。
• 熟悉的技术：星形拓扑是一种熟悉的技术，因为它的工具具有成本效益。
• 易于扩展：随着新站点可以添加到集线器上的开放端口，它很容易扩展。
• 经济高效：星形拓扑网络具有成本效益，因为它使用廉价的同轴电缆。
• 高数据速率：它支持大约100Mbps的带宽。以太网100BaseT是最流行的星形拓扑网络之一。

星型拓扑的缺点

• 中心故障点：如果中央集线器或交换机发生故障，则所有连接的节点将无法相互通信。
• 电缆：当需要大量布线时，有时电缆布线变得困难。

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树拓扑

计算机网络拓扑

树拓扑的优点

• 支持宽带传输：树形拓扑主要用于提供宽带传输，即信号长距离发送而不会衰减。
• 易于扩展：我们可以将新设备添加到现有网络中。因此，我们可以说树拓扑很容易扩展。
• 易于管理：在树形拓扑中，整个网络被划分为称为星型网络的分段，可以轻松管理和维护。
• 错误检测：树形拓扑中的错误检测和错误纠正非常容易。
• 有限故障：一个站的故障不会影响整个网络。
• 点对点布线：它具有针对各个段的点对点布线。

树拓扑的缺点

• 难以排除故障：如果节点出现任何故障，则很难排除故障。
• 高成本：宽带传输所需的设备非常昂贵。
• 故障：树形拓扑主要依赖主总线电缆，主总线电缆故障会损坏整个网络。
• 重新配置困难：如果添加了新设备，则很难重新配置。

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网状拓扑

计算机网络拓扑

其中n是表示网络的节点数。

网状拓扑分为两类：

• 完全连接的网状拓扑
• 部分连接的网状拓扑

计算机网络拓扑

Mesh拓扑的优点

可靠：网状拓扑网络非常可靠，好像任何链路故障都不会影响连接的计算机之间的通信。

快速通信：节点之间的通信速度非常快。

更轻松的重新配置：添加新设备不会中断其他设备之间的通信。

网状拓扑的缺点

• 成本：网状拓扑包含大量连接的设备，例如路由器和比其他拓扑更多的传输介质。
• 管理：网状拓扑网络非常庞大，很难维护和管理。如果未仔细监视网络，则通信链路故障未被检测到。
• 效率：在此拓扑中，冗余连接很高，会降低网络效率。

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混合拓扑

计算机网络拓扑

混合拓扑的优点

• 可靠：如果网络的任何部分发生故障都不会影响网络其余部分的运行。
• 可扩展：通过添加新设备可以轻松扩展网络规模，而不会影响现有网络的功能。
• 灵活：这种拓扑非常灵活，因为它可以根据组织的要求进行设计。
• 有效：混合拓扑非常有效，因为它可以以这样的方式设计，即网络的强度最大化并且网络的弱点最小化。

混合拓扑的缺点

• 复杂设计：混合拓扑的主要缺点是混合网络的设计。设计混合网络的架构非常困难。
• 昂贵的集线器：混合拓扑中使用的集线器非常昂贵，因为这些集线器与其他拓扑中使用的常用集线器不同。
• 成本高昂的基础设施：基础设施成本非常高，因为混合网络需要大量布线，网络设备等。

传输模式

• 数据从一个设备传输到另一个设备的方式称为传输模式。
• 传输模式也称为通信模式。
• 每个通信信道具有与其相关联的方向，并且传输介质提供方向。因此，传输模式也称为定向模式。
• 传输模式在物理层中定义。

传输模式分为三类：

传输模式

• 单面模式
• 半双工模式
• 全双工模式

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单面模式

传输模式

Simplex模式的优点

• 在单工模式下，工作站可以利用通信信道的整个带宽，从而可以一次传输更多数据。

Simplex模式的缺点

• 通信是单向的，因此设备之间没有相互通信。

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半双工模式

传输模式

半双工模式的优点

• 在半双工模式中，两个设备都可以发送和接收数据，并且还可以在数据传输期间利用通信信道的整个带宽。

半双工模式的缺点

• 在半双工模式下，当一个设备发送数据时，另一个设备必须等待，这会导致在正确的时间发送数据的延迟。

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全双工模式

传输模式

全双工模式的优点

• 两个站都可以同时发送和接收数据。

全双工模式的缺点

• 如果设备之间不存在专用路径，则通信信道的容量分为两部分。

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单工，半双工和全双工模式差异

比较的基础	单面模式	半双工模式	全双工模式
沟通方向	在单工模式下，通信是单向的。	在半双工模式下，通信是双向的，但一次一个。	在全双工模式下，通信是双向的。
发送/接收	设备只能发送数据但不能接收数据，或者只能接收数据但不能发送数据。	两个设备都可以发送和接收数据，但一次只能发送和接收数据。	两个设备都可以同时发送和接收数据。
性能	半双工模式的性能优于单工模式。	全双工模式的性能优于半双工模式。	全双工模式在单工和半双工模式中具有更好的性能，因为它使通信信道容量的利用率翻倍。
例	Simplex模式的示例是收音机，键盘和显示器。	半双工的示例是Walkie-Talkies。	全双工模式的示例是电话网络。