以太网拓扑结构演进分析

以太网拓扑结构演进分析

学生姓名：李虹杉学号：2011019050022 老师：彭美娥

摘要本文对早期的以太网拓扑结构和当今流行的以太网拓扑结构的作了详尽的介绍，主要包括了总线型、星型、环型、网状、轮辐状、层次性拓扑结构的概念以及各自的特点，并在此基础上分析了各种以太网拓扑结构演变的过程和原因。

关键词以太网拓扑结构；特点；演变；原因

ABSTRACT This paper elaborates the topological structure of early Ethernet and now in detail, including the concept of the bus, star, ring, mesh, hierarchical topology structure and their respective characteristics. And based on the Ethernet topology structure, this paper analysis the process and reason of each topological structure’s evolution.

KEYWORD Topological Structure of Ethernet, Characteristic, Evolution, Reason

1.概述

网络的拓扑结构是网络最基本的属性之一，它是通信网络最基本的抽象。网络的拓扑结构对网络的关键技术，如局域网的介质访问技术和广域网的路由技术影响极大，对网络性能影响极大。所以，对网络拓扑的研究是局域网领域的重要内容。

目前，局域网的拓扑结构正在经历从简单拓扑到复杂拓扑的演变。

2.早期以太网拓扑结构及特点

早期局域网中常见的拓扑形式是简单的总线型、星型与环型，它们被称之为局域网的简单拓扑结构。而且，早期的局域网技术与拓扑结构密切相关，例如，以太网使用总线拓扑，令牌环使用环型拓扑，StarLAN使用星型拓扑等。

2.1 总线型拓扑结构

总线型拓扑结构如图2-1所示。总线型拓扑是有多个站点共同使用一根称为“总线”的线型物理介质作为共同传输介质的网络抽象，它是将网络中所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，节点之间按广播方式通信。

总线拓扑最基本的特征是“共享信道”和“一发全

收”。总线是一个共享信道，所有挂在总线上的站点共同

使用同一信道。总线上任意站点向总线发送信号，总线

上的其他站点都能收到。

图2-1 总线拓扑结构总线拓扑具有以下基本特点：

1.总线型局域网的介质访问控制方式采用的是“共享介质”方式，所有站点都连接到

一条作为公共传输介质的总线上；

2.一个站点可以分配到的信道容量十分有限。总线上的的信道容量有总线上的所有站

点共享，为多个站点分配信道容量的的系统开销也相当可观，这些都制约连你总线

型网络中的各个站点可能达到的最大传输性能；

3.总线上的任意两站点均可以直接通信。数据传输不需要其他站点中转，故传输时延

相当短；

4.如果在同一时刻多于一个站点都向总线发送数据将会在总线上产生冲突，冲突会导

致所有发送失败。因此，必须使用合适的MAC机制使总线上的的冲突概率尽可能

地小。

总线拓扑的优点：

1.结构简单，所需的传输介质少

2.无中心节点，任何节点的故障都不会造成全网的瘫痪，有较高的可靠性；

3.电缆长度短，布线较易，组网费用低；

4.易于扩充，增减用户方便。

总线拓扑的缺点：

1.传输距离有限，通信范围受限；

2.故障诊断和隔离都比较困难；

3.一次仅能一个站点发送数据，其他站点必须等待获得发送权。

总线拓扑是局域网发展初期的一种典型拓扑，虽然现在已经退出了实际工程的应用，但其仍然可以作为其他更为复杂的拓扑结构网络的MAC协议研究的一种参照标准，具有相当重要的研究价值和借鉴意义。

2.2 环型拓扑结构

环型拓扑机构如图2-2所示。在环型拓扑中，作为主干的环路是由一组转发器通过多条点到点链路首尾相连接形成的闭合主干环，网络中的各个站点通过转发器进入主干环。环中数据具有方向性，只能单向传输，信息在每台设备上的延迟是固定的。

环路是使用点到点链路构成的环状共享信道或准共享信道，所有站点共享或分成多个组共享主干环信道容量。站点之间传送数据时，再环路上经过多个转发器转发。转发器是主干环上的控制性节点也是接入支路上的控制性节点。

环型拓扑的优点：

1.结构简单，所需的传输介质较少；

2.传输控制协议简单；

3.增加或减少站点方便，可使用光纤；

图2-2 环型拓扑结构

4.传输时间固定，适合于数据传输实时性要求较高的场所；

环型拓扑的的缺点：

1.可靠性差。环上任何节点的故障会引起全网的故障；

2.故障检测困难，

3.传输效率低。节点过多时，网络响应时间将会相应边长。

环型拓扑曾今广泛地应用于令牌环和FDDI网络，当前则应用于弹性分组换技术。

2.3 星型拓扑结构

环型拓扑机构如图2-3所示。星型拓扑是由一个“中心节点”直接连接多个“二级节点”构成的网络。星型拓扑中连接节点的是“点到点链路”，一般而言可以是全双工。中心节点可以是集线器，也可以是局域网交换机，前者星型网络工作在广播状态，后者星型网络工作在交换方式。

星型拓扑具有以下的基本特点：

1. 任意两个二级节点之间的通信必须经由中心节点

中转。传输时延相对较大，中心节点处理负担较重；

2. 中心节点与各二级节点之间的各条通信线路相互

独立，系统总的信道容量可以显著增大。

星型拓扑的优点：控制简单，容易实现，便于管理。 星型拓扑的缺点：需要耗费大量的电缆，安装和维护不易；中央节点负担较重，形成“瓶颈”，一旦发生故障，全网将会受到影响；各站点的分布处理能力较低。

近年来颇为流行的交换是局域网与结构化布线都是基于星型拓扑结构，二者的广泛应用大大促进了星型拓扑机构的发展。

3.现代以太网的拓扑结构及其特点

前面讨论的都是一些简单的拓扑结构，现在，网络的拓扑结构已经与各种具体的局域网技术相对独立，并随着局域网和城域网的发展变得越来越复杂。星型拓扑延伸为树型拓扑，曾经仅见于广域网的网状拓扑也开始用于高性能的交换式局域网。

3.1 网状拓扑结构

网状拓扑结构如图3-1。网状拓扑结构可以是全互连结构，也可以是部分互连结构。全互连拓扑也称为Full -mesh 网络，网络中的N 个结点均有点到点链路与其余N -1个节点直接相连。全互连拓扑结构传输容量最大、传输时延最短、互连

链路数量最多，但在实际中并不多见。部分互连拓扑结构也

称为网状网或Mesh 网。Mesh 网是Full -mesh 网的子集，节

点间的拓扑关系在不同的场合可以有很大的差别。今年局域

网也越来越多的采用Mesh 网。

网状拓扑的优点： 1． 网络可靠性高，一般通信子网中任意两个节点交换机之间，存在着两条或两条以上

的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至节

图2-3 星型拓扑结构

图3-1 网状拓扑结构