1.2 局域网的拓扑结构
所谓网络拓扑结构就是网络中传输介质和连入到网络中的服务器、工作站、其他外围设备在物理连接上所组成的几何图形，其实从本质上来说是对网络结构的一种抽象。随着技术的进步和发展，很多局域网组网技术也在逐渐消亡，在此我们仅仅对总线型、星型和环型三种拓扑结构进行介绍，这三种结构是其他拓扑结构的基础，其他结构全部从这三种结构发展而来，因此读者一定要认真掌握。
1.2.1 总线型拓扑
总线结构是最通用、安装最简单的拓扑，这种结构使用一根称为“总线”的中央电缆将服务器和工作站以直线方式连接在一起。所有网络中的计算机通过通用的硬件接口连接在总线上。由此可以看出，网络中的所有节点都共用这条通信线路，如图1-6所示的结构图。
图1-6 总线型拓扑
在总线型结构中，所有工作站向两个方向发送和接收数据，因此，任何一个工作站发出的数据都能被其他节点接收到，每个节点收到消息后，都会核对该信息中的目的地址是否与自己的地址相同，从而判断是否接收这个信息。
这种方式类似于一种广播形式，也就是说一台机器需要通信时会在总线中广播这个消息，消息中包含了消息的内容和消息要发送到的目的地址。其他机器在收到这个消息后，首先会核对目的地址与机器网卡本身的地址是否一致，如果不一致，该机器会拒绝接收这个消息，反之则会接收这个消息，因此这种方式称之为消息广播。
这种方式有其很突出的优点：
● 结构简单灵活。
● 可靠性较高。
● 网络响应速度快。
● 硬件设备少，造价低。
● 便于安装、配置、维护。
● 共享能力强，适合于一点多送，多点接收的场合。
这种方式的缺点也很明显：
● 故障诊断困难，维修不便。如果有一个节点发生故障，那么将会破坏网络的正常工作，需要诊断整个网络。
● 扩展性差。总线型结构的网络需要增加节点时，需要断开节点，此时网络无法正常工作。
● 鉴于总线电缆的长度限制，信号随着距离的增加而逐渐衰减。
因此，此类结构适合于小型办公自动化系统、实验室、小型信息管理系统等低负载，对输出的实时性要求不高的环境。在早期交换机、路由器造价昂贵时，为了节省成本，普遍采用这种结构，但随着Hub及交换机等网络设备的普及和成本降低，这种结构也逐渐被以交换机为核心的星型结构所代替。
1.2.2 星型拓扑
星型拓扑是现在使用较为频繁的一种网络拓扑结构，该结构使用多条独立的双绞线将各个节点连接到中心设备上，该中心设备在早期一般使用集线器（Hub），但因为Hub的缺点，随后逐渐使用交换机替换了Hub，现在普遍使用大型交换机和路由器进行组网，其典型的结构如图1-7所示。
图1-7 星型拓扑
从图中可以看到，在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点，我们称之为中央转接站，一般是集线器或交换机，由该中央节点向目的节点传送信息。
因为星型网中任何两个节点的通信都必须经过中央节点控制，所以中央节点负荷非常重，随时都要处理各种各样的请求，一般来说，当要求通信的站点发出通信请求后，中央控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接，在两台设备通信过程中交换机负责维持这一通路，当通信完成或者不成功要求拆线时，交换机则要拆除上述通道以便于下一次使用。
局域网中的任何两台机器通信时都要通过中心节点使得各个连接到节点中的计算机建立了网络联系。所以组建相对简单，成本也相对较低。星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。从目前的趋势看，星型拓扑的使用还是占支配地位。在以太网中，星型结构仍旧是主要基本网络结构，其传输速率可达1000Mbps。
星型结构的优点：
● 网络结构简单。星型网络的组建、安装、维护与管理都非常方便，便于大型网络的维护和调试。
● 易于检查故障。由于线路集中，通常可以通过中央控制器上的LED灯的状况判断哪台计算机出现了故障。
● 扩展性好。在星型拓扑结构中，增加节点时不需要终端网络，可以在不影响网络运行的情况下增加和减少节点，而且由于Hub上的各个节点是独立的，因此便于故障的查找和线路修改。
● 中心节点支持多种传输介质。只要中心节点具有的接口都是可以混用的。比较典型的是无线路由器中同时可以连接通过网线连接的有线设备和通过空气连接的无线设备。
● 传输时间短，响应速度快。
● 误码率较低。
● 造价和维护费用低廉。任何一个连接只涉及中央节点和一个站点，控制介质访问的方法简单，访问协议也十分简单。星型结构的缺点：
● 需要较多的传输介质，一条通信线路只被该线路上的中央节点和一个站点使用，因此线路利用率不高。
● 中央节点负荷太重，而且当中央节点产生故障时，全网不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。
● 在电缆长度和安装过程中星型拓扑中每个站点直接和中央节点相连，可能会产生大量的电缆和电缆沟维护安装等一系列问题。
1.2.3 环型拓扑
环型结构中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中，信息沿着环按一定方向从一个节点传送到另一个节点，环路中各节点地位相同，环路上任何节点均可请求发送信息，请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。
环接口一般由发送器、接收器、控制器、线控制器和线接收器组成。由于环线公用，一个节点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，当信息流的目的地址与环上某节点地址相符时，信息被该节点的环路接口所接收，并继续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口为止，其典型结构如图1-8所示。
图1-8 环型拓扑
令牌传递经常被用于环形拓扑中，在这样的系统中，令牌沿环路单向传递。因此，只有得到令牌的节点才有权进行信息传输，而且目标设备收到数据后会给发送设备返回一个确认信息。在该过程后令牌继续在环路上传递，直至被另一设备取得，并开始传递新的数据。这样的传输过程，可以建立一个高速有序的网络。对于大型网络来说，如果使用令牌机制与星型和总线型拓扑相比，数据在每个节点流过时都会被再生，因此信号可以传输很远的距离而不会衰减。
单环拓扑的一个变形是双环拓扑，在使用双环的情况下，每个数据单元同时放在两个环上，这样可以提供数据冗余机制，因此，当一个环路发生故障时，另一个环路仍然可以继续传递数据。
环形网的优点：
● 由于两个节点之间只有唯一的通路，因此大大简化了路径选择的控制。
● 当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路，这样可以提高可靠性。
● 传输时间固定，适用于对数据传输实时性要求较高的环境。
● 可以使用光纤。由于光纤适合于信号单向传递和点对点的连接，因此环形结构最适合使用光纤，环形光纤网络是一种很有前途的网络。
环形网的缺点：
● 整体可靠性差。如果有一个节点发生故障，那么将会破坏网络的正常工作，需要诊断整个网络。
● 故障诊断困难。
● 单个环网的节点数有限。
● 扩展性差。