环型网络拓扑结构简介

《计算机通信网》作业

计算机网络的拓扑结构之

环

型

网

络

拓

扑

结

构

间

介

院系：物理与电信学院

班级：通信091班

姓名：***

学号： **********

环型网络拓扑结构简介

计算机网络的拓扑结构，即是指网上计算机或设备与传输媒介形成的结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接结点，包括结点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问结点，包括计算机主机和终端等。线则代表各种传输媒介，包括有形的和无形的。

计算机网络的拓扑结构主要有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和混合型拓扑。以下以环型网络拓扑结构做简要分析。

环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电

缆(也可以是光纤)作为传输介质的令牌网中，是

由连接成封闭回路的网络节点组成的。

这种网络中的每一节点是通过环中继转发

器(RPU)与它左右相邻的节点串行连接，在传输

介质环的两端各加上一个阻抗匹配器就形成了

一个封闭的环路，这样在逻辑上就相当于形成了

一个封闭的环路，“环型”结构的命名起因就在

于此。

这种结构的网络形式主要应用于令牌网中，

在这种网络结构中各设备是直接通过电缆来串接

的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就

是在这个环中传递，通常把这类网络称之为"令牌

环网"。

实际上大多数情况下这种拓扑结构的网络不

会是所有计算机真的要连接成物理上的环型，一

般情况下，环的两端是通过一个阻抗匹配器来实

现环的封闭的，因为在实际组网过程中因地理位

置的限制不方便真的做到环的两端物理连接。

这种拓扑结构的网络主要有如下几个特点：

（1）这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5

的令牌网（Token ring network），在这种网络

中，"令牌"是在环型连接中依次传递。所用的传

输介质一般是同轴电缆。

（2）这种网络实现也非常简单，投资最小。

可以从其网络结构示意图中看出，组成这个网络

除了各工作站就是传输介质--同轴电缆，以及一

些连接器材，没有价格昂贵的节点集中设备，如

集线器和交换机。但也正因为这样，所以这种网

络所能实现的功能最为简单，仅能当作一般的文件服务模式；

（3）传输速度较快：在令牌网中允许有16Mbps的传输速度，它比普通的10Mbps以太网要快许多。当然随着以太网的广泛应用和以太网技术的发展，以

太网的速度也得到了极大提高，目前普遍都能提供100Mbps的网速，远比

16Mbps要高。

（4）维护困难：从其网络结构可以

看到，整个网络各节点间是直接串联，这

样任何一个节点出了故障都会造成整个

网络的中断、瘫痪，维护起来非常不便。

另一方面因为同轴电缆所采用的是插针

式的接触方式，所以非常容易造成接触不

良，网络中断，而且这样查找起来非常困

难，这一点相信维护过这种网络的人都会

深有体会。

（5）扩展性能差：也是因为它的环型结构，决定了它的扩展性能远不如星型结构的好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器才能连接。

令牌环网工作原理

环型网络的一个典型代表是采用同轴电缆作为传输介质的IEEE 802．5的令牌环网(Token ring network)。目前也有用光纤作为传输介质的环型网，大大提高了环型网的性能。令牌环网络结构最早由IBM推出，最初的同轴电缆令牌网传输速率为4Mbps或1 6Mbps，较当时只有 2Mbps的以太网性能高出好几倍，所以在当时得到了广泛的应用。但随着以太网技术的跳跃式发展，令牌环网络技术性能就显得不能适应时代的要求，逐渐被淘汰出局了。

在这种令牌环网络中，RPU(转发器)从其中的一个环段(称为“上行链路")上获取帧中的每个位信号，再生(整形和放大)并转发到另一环段(称为“下行链路")。如果帧中宿(目的)地址与本节点地址一致，复制MAC帧，并送给附接本RPU的节点。在这种网络中，MAC帧会无止境地在环路中再生和转发，由发送节点完成。其中有专门的环监控器，监视和维护环路的工作。RPU负责网段的连接、信息的复制、再生和转发、环监控等。一旦 RPU出现故障就可导致网络瘫痪。

在令牌环网络中，拥有“令牌"的设备才允许在网络中传输数据。这样可以保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。在环型网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环型网络中传输一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目的站时，目的站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站，并把该信息拷贝到自己的接收缓冲区中。环路上的传输介质是各个计算机公用的，一台计算机发送信息时必须经过环路的全部接口。只有当传送信息的目标地址与环路上某台计算机的地址相符合时，才被该计算机的环接口所接受，否则，信息传至下一个计算机的环接口。

以上是数据的接收方式，在数据的发送方面，为了决定环上的哪个站可以发送信息：这种网络中，平时在环上流通着一个叫令牌的特殊信息包，只有得到令牌的站才可以发走息，当一个站发送完信息后就把令牌向下传送，以便下游的站点可以得到发送信息的机会。环型网络的访问控制一般是分散式的管理，在物理上环型网络本身就是一个环，因此它

适合采用令牌环访问控制方法。有时也有集中式管理，这时就得有专门的设备负责访问控制管理。而环型网络中的各个计算机发送信息时都必须经过环路的全部环接口，如果一个环接口程序故障，整个网络就会瘫痪，所以对环接口的要求比较高。为了提高可靠性，当一个接口出现故障时，采用环旁通的办法。

环型结构的主要优缺点

环型结构网络的主要优点体现在以下几个方

面。

（1）网络路径选择和网络组建简单

在这种结构网络中，信息在环型网络中流

动是一个特定的方向，每两个计算机之间只有

一个通路，简化了路径的选择，路径选择效率

非常高。同样因为这样，这类网络的组建就相

当简单。

（2）投资成本低

这主要体现在两个方面：一方面是线材的成本非常低。在环型网络中各计算机连接在同一条传输电缆上，所以它的传输电缆成本就非常低，电缆利用率相当高，节省了投资成本；另一方面，由于这种网络中没有任何其他专用网络设备，所以无须花费任何投资购买网络设备。尽管有以上两个看似非常诱人的优点，但环型网络的缺点仍是主要的，这也是它最终被淘汰出局的根本原因。

环型结构网络的主要缺点体现在以下几个方面。

(1)传输速度慢

这是它最终不能得到发展和用户认可的最根本原因。虽然说在出现时较当时的1 0Mbps 以太网，在速度上有一定优势(因为它可以实现1 6Mbps的接入速率)，但由于这种网络技术后来一直没有任何发展，速度仍在原来水平，相对现在最高可达到1 0Gbps的以太网来说，它实在是太落后了，连无线局域网的传输速度都远远超过了它。这么低的连接性能决定了它只能承受被淘汰的局面，所以目前这种网络结构技术可能只在实验室中可以见到。

(2)连接用户数非常少

在这种环型结构中，各用户是相互串联在一条传输电缆上的，本来传输速率就非常低，再加上共享传输介质，各用户实际可能分配到的带宽就非常低了，而且还没有任何中继设备，所以这种网络结构可连接的用户数就非常少，通常只是几个用户，最多不超过20个。