拓扑结构实例谷风软件.docx

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拓扑结构实例谷风软件

1.3 总线型结构

总线型拓扑结构与环型结构差不多，都主要是利用同轴电缆作为传输介质，而且网络通信中都是令牌的方式进行的。

但接入速率低于上节介绍的环型网络，所以与环型网络有着同样被淘汰的命运。

在目前的局域网中，纯粹的总线网络基本上不见了。

1．总线型结构概述

总线型拓扑结构网络中所有设备通过连接器并行连接到一个传输电缆（通常称之为“中继线”“总线”“母线”或“干线”）上，并在两端加装一个称之为“终接器”的组件，如图3-6所示。

图3-6 总线型结构示例

总线型网络所采用的传输介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如ATM网、CableMODEM所采用的网络等都属于总线型网络结构。

为了扩展计算机的台数，而且还可以在网络中添加其他的扩展设备，如中继器等。

令牌总线结构的代表技术就是IBM的ARCNet网络。

从传输介质和网络结构上来看，它与上节介绍的环型结构非常类似，都是共享一条传输电缆，在电缆两端都要加装终接器匹配。

但有一个重要的不同就是，环型网中的连接（环中继转发器）和这里的连接器与电缆的连接方式，环型网络中的连接器与电缆是串联的，所以任何连接节点出现问题，都会断开整个网络，而总线型结构中的连接器与电缆是并联的，节点故障不会影响网络中的其他节点通信。

而且总线型结构中的连接器还可以连接中继设备，连接其他网络，以扩展网络连接和传输距离，如图3-7所示。

当然所采用的技术也不同，环型结构采用的是IEEE802.5令牌环技术，而总线型结构采用的是IEEE802.4令牌总线技术（但并不是所有环型网络都支持IEEE802.5标准，也不是所有的总线型网络都支持IEEE802.4标准）。

图3-7 双总线结构网络互联示例

总线拓扑的优点与环型拓扑结构差不多，主要有如下几点。

（1）网络结构简单，易于布线

因为总线型网络与环型网络一样，都是共享传输介质，也通常无须另外的网络设备，所以整个网络结构比较简单，布线比较容易。

（2）扩展较容易

这是它相对同样是采用同轴电缆（或光纤）作为传输介质的环型网络结构的最大的一个优点。

因为总线型结构网络中，各节点与总线的连接是通过连接并行连接（环型网络中连接器与电缆的连接是串行的）的，所以节点的扩展无须断开网络，扩展容易了许多。

而且还可通过中继器设备扩展连接到其他网络中，进一步提高了可扩展性能。

（3）维护容易

同样是因为总线型结构网络中的连接器与总线电缆并行连接的，所以这给整个网络的维护带来了极大的便利，因为一个节点的故障不会影响其他节点，更不会影响整个网络，所以故障点的查找就容易了许多。

这与星型结构的类似。

尽管有以上一些优点，但是它与环型结构网络一样，缺点仍是主要的，这些缺点也决定了它在当前网络应用中也极少使用的命运。

总线型结构的主要缺点表现在以下几个方面。

（1）传输速率低

上节介绍的IEEE802．5令牌环网中的最高传输速率可达16Mbps，但IEEE802．4标准下的令牌总线标准最高传输速率仅为10Mbps。

所以它虽然在扩展性方面较令牌环网有一些优势，但它同样摆脱不了被淘汰的命运。

现在10Mbps的双绞线集线器星型结构都不再应用了，总线型结构的唯一优势就是那同轴电缆比双绞线更长一些的传输距离，而这些优势相对光纤来说，根本不值得一提。

在星型结构中同样可以采用光纤作为传输介质，以延长传输距离。

（2）故障诊断困难

虽然总线拓扑结构简单，可靠性高，而且是互不影响的并行连接，但故障的检测仍然很不容易。

这是因为这种网络不是集中式控制，故障诊断需要在网络中各节点计算机上分别进行。

（3）故障隔离比较困难

在这种结构中，如果故障发生在各个计算机内部，只需要将计算机从总线上去掉，比较容易实现。

但是如果是总线传输介质发生故障，则故障隔离就比较困难了。

（4）网络效率和传输性能不高

因为在这种结构网络中，所有的计算机都在一条总线上，发送信息时比较容易发生冲突，故这种结构的网络实时性不强。

网络传输性能也不高。

（5）难以实现大规模扩展

虽然相对环型网络来说，总线型的网络结构在扩展性方面有了一定的改善，可以在不断开网络的情况下添加设备，还可添加中继器之类的设备予以扩展，但仍受到传输性能的限制，其扩展性远不如星型网络，难以实现大规模的扩展。

综上所述，单纯总线型结构网络目前也已基本不用，因为传输性能太低（只有10Mbps），可扩展性也受到性能的的限制。

目前使用总线型结构的就是后面将要介绍的混合型网络中才有些用到。

在这些混合型网络中使用总线型结构的目的就是用来连接两个（如两栋建筑物），或多个（如多楼层）相距超过100米的局域网，细轴电缆连接的距离可达185米，粗同轴电缆可达500米。

如果超过这两个标准，就需要用到光纤了。

但无论采用哪种传输介质的总线型结构，传输速率都保持有10Mbps，实用性极低。

还不如直接采用光纤星型结构。

．基本星型结构单元

星型结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构。

无论在局域网中，还是在广域网中都可以见到它的身影（具体后面将介绍到），但主要应用于有线双绞线以太局域网中。

如下图所示的是最简单的单台集线器或交换机（目前集线器已基本不用了，所以后面不再提及了）星型结构单元。

它采用的传输介质是常见的双绞线和光纤，担当集中连接的设备是具有双绞线RJ一45以太网端口，或者各种光纤端口的集线器或交换机。

在上图中的星型网络结构单元中，所有服务器和工作站等网络设备都集中连接在同一台交换机上。

因为现在的固定端口交换机最多可以有48个，或以上交换端口，所以这样一个简单的星型网络完全可以适用于用户节点数在40个以内的小型企业，或者分支办公室选用。

模块式的交换机端口数可达100个以上，可以满足一个小型企业连接。

但实际上这种连接方式是比较少见的，因为单独用一台模块式的交换机连接成本还要远高于采用多台低端口密度的固定端口交换机级联方式。

模块式交换机通常用于大中型网络的核心（骨干层），或会聚层，小型网络很少使用。

扩展交换端口的另一种有效方法就是堆叠了。

有一些固定端口配置的交换机支持堆叠技术，通过专用的堆叠电缆连接，所有堆叠在一起的交换机都可作为单一交换机来管理，不仅可以使端口数量得到大幅提高（通常最多堆叠8台），而且还可提高堆叠交换机中各端口实际可用的背板带宽，提高了交换机的整体交换性能。

2．多级星型结构

复杂的星型网络就是在如图3—1所示的基础上通过多台交换机级联形成的，从而形成多级星型结构，满足更多、不同地理位置分布的用户连接和不同端口带宽需求。

如下图所示的是一个包含两级交换机结构的星型网络，其中的两层交换机通常为不同档次的，可以满足不同需求，核心（或骨干层）交换机要选择档次较高的，用于连接下级交换机、服务器和高性能需求的工作站用户等，下面各级则可以依次降低要求，以便于工作最大限度地节省投资。

当然，在实际的大中型企业网络中，其网络结构可能要比上图所示的复杂得多，还可能有三级，甚至四级交换机的级联（通常最多部署四级），还可能有交换机的堆栈，如下图所示网络结构中SS3Switch4400位置就是由两台这样的交换机堆栈组成的。

3．星型结构传输显巨禹限制

因为在星型网络中通常是采用双绞线作为传输介质的（高档网络也有采用光纤的），而单段双绞线的最大长度为1OO米，集线设备放置在中心点，这样每一个采用此种结构的集线设备所能连接的网络范围最大直径就达到200米，超过这个范围都将要采用级联或者中继方法。

采用光纤作为传输介质时传输距离可以长许多，各种连接电缆电缆长度限制如表3—1所不，1OOOBASE—SX网络的光纤长度限制参见表3—2所示。

后面介绍的同轴电缆总线型和环型网络结构的传输距离限制也参见表3—1。

表3．1各种以太网电缆长度限制

以太网标准

电缆类型

最大长度

接头类型

10BASE-T

3、4、5类1OO欧姆UTP（非屏蔽双绞线）

1OO米

RJ-45

100BASE-T

5类1OO欧姆UTP

lOO米

RJ-45

1000BASE-SX

50／125或62．5／125微米多模光纤（MMF）

550米

SC或ST

1000BASE-LH

9／125微米单模光纤（SMF）

70千米

SC或ST

1000BASE-LX

9／125微米SMF

5千米

SC或ST

1000BASE-T

5类、超5类或6类UTP

1OO米

RJ一45

3—21000BASE-SX光纤长度限制

光纤直径

光纤宽带

最大长度

62.5/125微米MMF

160MHz/km

220米

200MHz/km

275米

50/125微米MMF

400MHz/km

500米

500MHz/km

550米

4．星型结构主要优缺点

星型拓扑结构的主要优点体现在以下几个方面。

（1）网络传输数据快

因为整个网络呈星型连接，网络的上行通道不是共享的，所以每个节点的数据传输对其他节点的数据传输影响非常之小，这样就加快了网络数据传输速度。

不同于下面将要介绍的环型网络所有节点的上、下行通道都共享一条传输介质，而同一时刻只允许一个方向的数据传输。

其他节点要进行数据传输只有等到现有数据传输完毕后才可。

另外，星型结构所对应的双绞线和光纤以太网标准的传输速率可以非常高，如普通的5类、超5类都可以通过4对芯线实现1OOOmps传输，7类屏蔽双绞线则可以实现1OGbps，光纤则更是可以轻松实现千兆位、万兆位的传输速率。

而后将要介绍的环型、总线型结构中所对应的标准速率都在16Mbps以内，明显低了许多。

（2）实现容易，成本低

星型结构所采用的传输介质通常采用常见的双绞线（也可以采用光纤），这种传输介质相对其他传输介质（如同轴电缆和光纤）来说比较便宜。

如目前常用的主流品牌的5类（或超5类）非屏蔽双绞线（UTP）每米也仅1．5元左右，而同轴电缆最便宜的细同轴电缆也要1．8元以上。

（3）节点扩展、移动方便

在这种星型网络中，节点的扩展时只需要从交换机等集中设备空余端口中拉一条电缆即可；而要移动一个节点只需要把相应节点设备连接网线从设备端口拔出，然后移到新设备端口即可，并不影响其他任何已有设备的连接和使用，不会像下面将要介绍的环型网络那样“牵一发而动全身"。

（4）维护容易

在星型网络中，每个节点都是相对独立的，一个节点出现故障不会影响其他节点的连接，可任意拆走故障节点。

正因如此，这种网络结构受到用户的普遍欢迎，成为应用最广的一种拓扑结构类型。

但如果集线设备出现了故障，也会导致整个网络的瘫痪。

星型拓扑结构的主要缺点体现在如下几个方面。

（1）核心交换机工作负荷重

虽然说各工作站用户连接的是不同的交换机，但是最终还是要与连接在网络中央核心交换机上的服务器进行用户登录和网络服务器访问的，所以，中央核心交换机的工作负荷相当繁重，要求担当中央设备的交换机的性能和可靠性非常高。

其他各级集线器和交换机也连接多个用户，其工作负荷同样非常重，也要求具有较高的可靠性。

（2）网络布线较复杂

每个计算机直接采用专门的网线电缆与集线设备相连，这样整个网络中至少就需要所有计算机及网络设备总量以上条数的网线电缆，使得本身结构就非常复杂的星型网络变得更加复杂了。

特别是在大中型企业网络的机房中，太多的电缆无论对维护、管理，还是机房安全都是一个威胁。

这就要求我们在布线时要多加注意，一定要在各条电缆和集线器和交换机端口上做好相应的标记。

同时最建议做好整体布线书面记录，以备曰后出现布线故障时能迅速找到故障发生点。

另外，由于这种星型网络中的每条电缆都是专用的，利用率不高，在较大的网络中，这种浪费还是相当大的。

（3）广播传输，影响网络性能

其实这是以太网的一个不足，但因星型网络结构主要应用于