浅析网络拓扑结构及应用

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浅析网络拓扑结构及应用:浅谈网络拓扑结构在现实中的应用

【摘要】本文对初中信息技术课程中讲授的网络拓朴结构进行了学习和研究，详细介绍了其优点、缺点和在现实网络中的使用，对所学的知识进行拓展，并对使用过程中出现的一系列问题进行了分析研究，找到了解决的方法，对于网络初学者提供了详实的资料，对现代信息技术课程的研发和教学有积极的现实意义。

【关键词】网络 ； 拓扑结构 ； 节点

网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。网络拓扑是网络形状，或者是它在物理上的连通性，构成网络的拓扑结构有很多种，拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构。

1星型

星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。目前一般网络环境都被设计成星型拓扑结构。星型网是目前广泛而又首选使用的网络拓扑设计之一。

星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。

星型拓扑结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。同时星型拓扑结构的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。

现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用星型网，目前流行的专用小交换机PBX（Private Branch Exchange），即电话交换机就是星型网拓扑结构的典型实例。它在一个单位内为综合语音和数据工作站交换信息提供信道，还可以提供语音信箱和电话会议等业务，是局域网的一个重要分支。

在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。因此，中央节点的主要功能有三项：当要求通信的站点发出通信请求后，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要维持这一通路；当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道。

由于中央节点要与多机连接，线路较多，为便于集中连线，目前多采用一种称为集线器（HUB）或交换设备的硬件作为中央节点。

2环型

环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。

3总线型

总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个节点上的网络接口板硬件均具有收、发功能，接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到PC工作站；发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上，总线上发送信息的目的地址与某节点的接口地址相符合时，该节点的接收器便接收信息。由于各个节点之间通过电缆直接连接，所以总线型拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的，但总线只有一定的负载能力，因此总线长度又有一定限制，一条总线只能连接一定数量的节点。

因为所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。需要某种形式的访问控制策略、来决定下一次哪一个站可以发送.通常采取分布式控制策略。发送时，发送站将报文分成分组.然后一次一个地依次发送这些分组。有时要与其它站来的分组交替地在介质上传输。当分组经过各站时，目的站将识别分组的地址。然后拷贝下这些分组的内容。这种拓扑结构减轻了网络通信处理的负担，它仅仅是一个无源的传输介质，而通信处理分布在各站点进行。

在总线两端连接有端结器（或终端匹配器），主要与总线进行阻抗匹配，最大限度吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线产生不必要的干扰。

总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中央节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。

使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问，英文缩写成CSMA/CD。

这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支节点故障查找难。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是LAN技术中使用最普遍的一种。

4无线电通信

传输线系统除同轴电缆、双绞线、和光纤外，还有一种手段是根本不使用导线，这就是无线电通信，无线电通信利用电磁波或光波来传输信息，利用它不用敷设缆线就可以把网络连接起来。无线电通信包括两个独特的网络：移动网络和无线LAN网络。利用LAN网，机器可以通过发射机和接收机连接起来；利用移动网，机器可以通过蜂窝式通信系统连接起来，该通信系统由无线电通信部门提供。

网络可采用以太网的结构，物理上由服务器，路由器，工作站，操作终端通过集线器形成星型结构共同构成局域网。

总之，网络时代的到来，使人类构造了一个与现实世界相对应的虚拟的信息世界，了解网络的连接和使用，处理现实生活中网络的拓扑结构，为学习信息技术的基础知识做好铺垫。

浅析网络拓扑结构及应用:光纤有线电视网络拓扑结构

摘要：光纤网建设中采用何种拓扑结构是一个很重要的问题，既要考虑目前的需要，又要考虑以后的升级。现阶段CATV是以光缆为干线的光纤加同轴电缆混合网（HFC），即干线和部分支干线采用光缆，支线或分配器以下部分由同轴电缆传输。不少网络经营者已在超干线、干线甚至支干线上采用光纤技术。光纤网建设中采用何种拓扑结构是一个很重要的问题，既要考虑目前的需要，又要考虑以后的升级。常见的几种拓扑结构有：总线形、环路形、树枝形、星形等四种，下面逐一分析。

关键词：光纤 有线电视 网络 拓扑结构

现阶段CATV是以光缆为干线的光纤加同轴电缆混合网（HFC），即干线和部分支干线采用光缆，支线或分配器以下部分由同轴电缆传输。不少网络经营者已在超干线、干线甚至支干线上采用光纤技术。光纤网建设中采用何种拓扑结构是一个很重要的问题，既要考虑目前的需要，又要考虑以后的升级。常见的几种拓扑结构有：总线形、环路形、树枝形、星形等四种，下面逐一分析。

1.总线形结构

所谓总线网是以一种传输媒介作为公共总线（母线），各终端通过光耦合器与总线直接相连而构成的网。总线网属于串联型结构，但网络各结点是并在总线上，当个别结点出现故障或毁坏时，不会影响其他结点的通信，系统的稳定性较高；各结点共享传输线，成本较低，节省投资；设备简单。它的另一个优点是，该种结构适合于计算机通信的“以太网”，有利于城市网络的建立与发展。

在发射机功率范围内，光结点数不能太多，也就是总线网的网径和容量较小。另外，在共享线上，容易发生信号碰撞，给系统的运行造成一定的困难，只有在保证不小于10Mbit/s数据速率的情况下，矛盾才有所缓解。还有，这种拓扑结构对光接收机的动态范围要求较高。由于上述劣势，限制了总线形光纤网在城域网中的应用，往往只能满足区域网的需求。

2.环形结构

环形结构属于串联型结构。各结点共同用一条链路，自成一封闭结构，采用双向光纤。其优点是：①节目可双向传输，传送的信号分为主路信号和备路信号，提高了网络的自由度、灵活性及可靠性。②系统的链路损耗小，增加了网络的网径和容量，一般来说网的周长可达200km，结点数目可达几百个。

由于环形结构具有结点串联的特点，各结点发送的信号可在环上鱼贯而行。充分利用了网的容量，因此适合于高速网。另外环形结构网对结点接收机的动态范围要求较小，因为该网中最大传输损耗与最小传输损耗之间差距不大。

在大型有线电视系统中采用光纤环形结构。由本地前端出发通过一级环形网络和多个中心前端相互传输信息，由中心前端通过二级环形网络和若干个主光结点相耳传输信息。主光结点可以输出光信号和射频信号，射频信号通过三级放大器以后带动电缆分配网络；集中供电电源安装在主光结点上，主光结点和以下的光结点之间既有光缆又有电缆连接，电源通过电缆向射频放大器供电。

它的明显不足之处是，环形网结点站的结构比较复杂，对硬件和管理软件要求较高； 从经济方面来看，环形网的代价较高，结点的设计与制造也比较困难。这在某种程度上限制了环形结构在有线电视领域中的应用和推广。

3.树形结构

光纤树形网类似于现有的同轴电缆树形网，呈树枝状。树形结构包含有较多的光无源器件，除结点外，网络中无任何有源器件，因而对带宽、波长和传输方式无任何限制，是解决本地入网的最佳途径。这是它明显的优点。

树形网由于光无源器件多，一方面造成的链路损耗较大，在允许链路损耗范围内，为保证末端载噪比指标，结点数目不能太多，即网径和容量不会太大；另一方面，光无源器件较易产生光信号失真（包括反射和散射等），为保证系统的CTR、COS指标，对光端机的接收性能要求较高。其缺点之二是，这种树形结构实质上是分支总，形结构，不适合电话通信。因此，在CATV光纤网方案时较少采用树形结构。

4.星形结构

所谓星形结构，是每一个端局都设一根独立的光纤与前端相连，光分配一次到位，光线除经过光耦合器外，中间不再有任何分支， 所用光分路器少，光纤连接点也少，因此光路全程损耗小，也就决定了网络的容量和网径极大。

这种结构属于并联型结构，将具有控制和转换功能的星形耦合器作为中心结点，通过光纤连接数个结点，以此构成以中心结点为中心的网络层结构形式。这种结构各结点间相互独立，保密性强，容易实现多端无源网络，大大提高了系统的可靠性，这正是星形光纤网易被CATV组网时广泛采用的一个重要原因。

此外，星形拓扑结构业务适应性较强，易于升级，特别是随着集中式交换机技术性能的提高和改进，这种结构更适合高速网，系统内可进行多功能开发，能与B–ISDN相衔接，在网内向用户传送多媒体信息。

它的不足之处是：耗用光纤数目较多，提高了成本。

在大型网络中，为充分发挥光纤传输的优势，常利用长距离超级干线将光分路器置于远端构成所谓双（或多）星形拓扑结构。

光缆CATV网络现阶段以单向广播型信号为主，网上各用户的，号内容相同，且信号为模拟残留边带调制技术体制。故网络设计以距离最短为原则。因此，单向广播型模拟信号光缆传输网络理论上的最佳结构应为星树形网络。对于数字视频信号光缆传输系统，由于其无中继而使传输距离可达50km以上。作为城市有线电视超干线的数字视频光缆传输网络，拓扑结构的设计则应以网络的安全性为主要设计目标，同时兼顾双向业务的交换容量及业务流量分配，不再是距离最短原则。而是从其安全性与多路由保护代价来看，环形网络优于星树形网络。

5.光纤CATV网络拓朴结构的发展趋势

（1）光纤到结点（FTF） 国内外新建的光纤CATV网主要采用FTF模式。该模式中从前端或分前端到各个分配光结点之间采用星形拓扑结构光缆，在各结点处进行光电转换。而从各光结点处再以树形方式敷设同轴电缆或用户电缆到该区域内各用户家庭，在同轴电缆分配网络内不再使用干线放大器，一个光结点的服务区域的大小一般在2000～5000户家庭，一条支线上放大器为3～5个。

（2）光纤到路边（FTC） 光纤CATV网正逐步狗宽带综合业务用户网过渡，即还要利用该网络实现许多非广播电视业务的双向业务，如电话、计算机通信、影视点播及各类交互式视频业务等。若一个光结点的用户数太多，则双向传输的上行频道就会存在两个问题：一是若接在一条同轴电缆支线上的成百上千用户的回传信号，同时抢占同一放大器狭窄的上行频道，将会造成通信阻塞；二是在树形或星形网络中，一多个反向放大器的输出噪声向一个通路汇集，加上上行频道处于低频频段，易受外界干扰，导致上行通路的信噪比很小。为此，必须縮小模式中光结点的服务区域，让光纤尽可能地渗透到用户附近，置路边（Curb）平台，一个Curb管辖的范围最好在500户以下，且只含有一级或两级放大器。可在FTF模式基础上改造为FTC模式，即逐步增加光结点的光接收机与回传光发射机，相当于增加了光结点，使每个光结点所服务的用户数相应减少，且随着发展逐步地把光接收机和回传光发射机向用户推进。

（3）光纤到最后一个放大器（FTLA） 目前国外正在研究FTLA，该模式为无源同轴网络结构，该结构是在光接收机后不再使用放大器，完全靠无源同轴电缆及部件把射频信号直接分配给每一用户，这样网络的可靠性得到进一步提高，而信息的回传也将非常畅通。

浅析网络拓扑结构及应用:广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计

摘 要：广域继电保护是针对传统后备保护中存在的突出问题所提出的的一种电力继电保护新思路，在进行广域继电保护的设计实现过程中，拥有实时、可靠的通信网络是实现广域继电保护的重要基础，广域继电保护的分层系统结构就是针对这一要求设计实现的。本文主要结合广域继电保护的分层系统结构，从广域继电保护的IED接入变电站网络以及广域继电保护的IED接入电力通信网等方面，对于基于MSTP平台的广域继电保护分层系统结构的通信组网设计进行分析论述，以推进广域继电保护网络技术与通信水平的发展提升。

关键词：广域；继电保护；分层系统结构；通信网络；拓扑结构；设计；分析

随着现代信息技术的发展提升以及智能化电网建设的不断加快，在现代化电网建设中，先进计算机信息应用技术以及网络通信技术、电力电子技术等，不仅在电网建设中的应用实现更为广泛，并且对于电网建设与发展的促进作用也越来越明显。电网建设与电力系统工作运行过程中，传统的后备保护方式不仅保护整定比较复杂，并且保护动作延时较长，电网运行过程中，一旦电网结构或者运行工况发生预设以外的变化时，电网的后备保护功能与作用很难得到保障，因而会对于整个电网的工作运行以及稳定性产生不利影响，基于网络通信以及广域测量技术的广域继电保护就是针对这种传统后备保护模式的问题，提出的一种电网运行保护新思路和新模式。广域继电保护模式在进行电网运行保护中，根据该保护模式的保护算法与分层系统结构情况，进行高效以及双向、实时、自愈、安全、可靠的通信网络构建，是广域继电保护模式实现的基础。本文将结合广域继电保护模式的分层系统结构特征，从广域继电保护模式中IED与变电站网络的接入实现，以及广域继电保护IED与电力通信网络的接入实现两个方面，对于基于MSTP平台的广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计进行分析论述。

1 广域继电保护的分层系统结构特征分析

广域继电保护作为电网运行保护的一种新模式以及电力系统的新增业务，其分层系统结构主要将整个保护网络分为三个结构层次，即接入层、汇聚层以及核心层。广域继电保护分层系统结构的通信网络设计中，关键是对于与数字化变电站网络以及电力通信网络的接入进行设计实现，以在满足广域继电保护功能的同时，不对于变电站以及电力通信网络中现有的业务功能产生影响。在该广域继电保护分层系统结构中，主要采用的是变电站信息集中和区域集中决策相协调的分层系统结构模式。在该分层系统结构中，变电站以及调度中心内部网络结构，在该结构中IED1到IEDn均表示智能电子设备，其中，子站中的广域继电保护IED被定义为TCU，主站中的广域继电保护的IED被定义为DCU，而调度中心的广域继电保护IED则被定义为MU，而目前所谓的广域继电保护主要是指实现同一电压等级下的线路保护；在广域继电保护分层系统结构中，通常情况下，从广域通信网络的结构层面上来看，同一电压等级的整个电网广域继电保护分层系统结构主要包含三个层次结构，即接入层以及汇聚层、核心层，在进行广域继电保护通信网络构建过程中，将整个广域电网看作是若干个有限区域共同组成，然后在每个区域选择其中的一个变电站作为主站，将所有区域的主站设置为汇聚层，对于子站TCU上传的信息内容进行汇聚，同时以主站为中心进行区域划分实现，将区域内部除主站外的其他变电站归结设置为子站，这样一来整个广域电网内的子站就构成了接入层，而广域电网的调度中心MU则是整个分层系统结构的核心层。

在广域继电保护的分层系统结构中，子站中的广域继电保护主要由信息采集单元和跳闸执行单元两个结构部分组成，其中，信息采集单元的主要功能作用包括，进行启动元件的判断以及被保护线路模拟量与开关量的测量等，并且在进行被保护线路模拟量测量中，进行模拟量测量预处理后，进行相量值的计算，并将计算所得的相量值与开关量通过远程通信网络传送到主站中；而在子站广域继电保护的跳闸执行单元结构部分，其主要功能为接受主站的控制命令，并在与本地的传统在后备保护进行综合决策后，进行相应断路器的跳合闸操作控制，同时上传指令到广域电网主站与调度中心结构部分。而在广域继电保护分层系统结构中，主站中的广域继电保护主要由信息采集单元与综合决策单元两个部分组成，其中信息采集单元在承担主站中的TCU任务，进行本区域内TCU上传信息的收集同时，进行调度中心下指令的接受；而主站中的广域继电保护综合决策单元，则具有定时根据子站上传信息进行广域继电保护运算，并且在区域内出现故障问题后，进行故障问题处理决策的制定与下发，以实现对于相关故障问题的切除控制。最后，广域继电保护的调度中心结构部分，主要是进行各区域广域继电保护系统运行情况以及全网实时拓扑结构、故障记录查询等的实施协调与监控。

2 广域继电保护IED接入变电站网络与电力通信网

2.1 广域继电保护IED接入变电站网络

对于广域继电保护IED接入变电站网络，需要结合数字化变电站网络的通信设计方案，在确定数字化变电站网络的通信方案后，进行广域继电保护IED接入变电站网络的设置实现。通常情况下，在数字化变电站通信中，应用较多的通信网络方案主要有独立过程网络与全站统一网络两种网络通信方案。其中，独立过程网络是一种比较容易实现的数字化变电站网络通信方案，而全站统一网络具有信息高度共享的特征优势，是数字化变电站通信网络的最终方案形态。以220kV的两电压等级数字化变电站为例，在广域继电保护TCU/DCU接入数字化变电站的全站统一网络拓扑结构中，数字化变电站的低压侧主要采用的是集中备用的双星形冗余网络拓扑结构，而在数字化变电站的高压侧，对于每一套单一间隔设备通过间隔交换机和本间隔内的合并单元以及断路器智能终端等过程层设备进行相互连接实现从而形成一个通信子网，数字化变电站的低压侧单一间隔设备则通过间隔交换机与集中备用交换机，与本间隔内的过程层设备进行相互连接实现。此外，对于上述网络拓扑结构中，跨间隔设备在高压侧是通过公共交换机与本间隔内过程层设备相连实现，低压侧保护则是通过另一公共交换机与连接实现。

2.2 广域继电保护IED接入电力通信网

广域继电保护IED与电力通信网的接入实现，则是在以MSTP作为传输平台的情况下，通过将广域继电保护的网络通信业务接入到电力通信网的方式，实现广域继电保护IED接入电力通信网，即为广域继电保护业务与变电站其他业务通过MSTP平台设备接入到电力通信网的传输模型结构。

3 广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计

根据上文所述可知，在进行广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计实现过程中，主要是以MSTP设备的接入或者说是以MSTP作为平台设计实现的。

首先，在进行广域继电保护分层系统结构的HVPLS网络拓扑结构设计过程中，接入MSTP平台设备的以太网接口业务主要包括，广域继电保护数据网、调度数据网、综合数据网等，各种业务通过不同以太网接口的接入，并以各自独立的虚拟网桥，实现相互连接。在广域继电保护模式中，分层系统结构的广域继电保护是一种集中式业务形式，保护区域内子站广域继电保护信息均向主站汇集，并最终汇集到核心层结构中，以组网方式实现点到多点、多点到点的网络通信传输结构形式。此外，在进行广域继电保护分层系统结构中信息传输方式以及过程的设计中，由于MSTP以太网业务处理单板具有汇聚功能，能够通过以太网进行多个接口的数据连接实现，因此，在进行广域继电保护分层系统结构信息传输方式与过程设计中，主要是以这种子站、调度中心以及主站等结构相互连接的方式设计实现，以满足广域网运行过程中，运行传输业务对于传输通道的带宽需求，同时对于降低广域网通信传输过程中的故障率也有着积极的作用。。

结语

总之，高效、稳定的网络通信是广域继电保护实现的基础，进行广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计，有利于促进广域继电保护在电网运行与建设中的推广应用，对于电网的安全稳定运行实现有着积极作用和意义。

浅析网络拓扑结构及应用:计算机网络拓扑结构分析

摘要：通过对计算机网络拓扑结构的概念、分类、特点的介绍，在分析其复杂网络结构的基础上，探讨出计算机网络拓扑结构模型的有效构建，对其在实际应用中的冗余设计进行了研究，提高了网络系统设计的可靠性、安全性。

关键词：计算机网络；拓扑结构；网络协议；冗余设计

作者简介：吴亚军(1974-)，男，江苏如皋人，江苏教育学院如皋分院如皋高等师范学校讲师，研究方向为计算机网络。

0引言

计算机网络的拓扑结构分析是指从逻辑上抽象出网上计算机、网络设备以及传输媒介所构成的线与节点间的关系加以研究。

1计算机网络拓扑结构的概念和分类

计算机网络的拓扑结构是指网上计算机或网络设备与传输媒介所构成的线与节点的物理构成模式。计算机网络的节点一般有两大类：一是交换和转换网络信息的转接节点，主要有：终端控制器、集线器、交换机等；二是各访问节点，主要是终端和计算机主机等。其中线主要是指计算机网络中的传输媒介，其有有形的，也有无形的，有形的叫“有线”，无形的叫“无线”。根据节点和线的连接形式，计算机网络拓扑结构主要分为：总线型、星型、树型、环型、网状型、全互联型拓扑结构。 如图1所示。

图1计算机网络拓扑结构图

总线型主要是由一条高速主干电缆也就是总线跟若干节点进行连接而成的网络形式。此网络结构的主要优点在于其灵活简单，容易构建，性能较好；缺点是总线故障将对整个网络产生影响，即主干总线将决定着整个网络的命运。星型网络主要是通过中央节点集线器跟周围各节点进行连接而构成的网络。此网络通信必须通过中央节点方可实现。星型结构的优点在于其构网简便、结构灵活，便于管理等；缺点是其中央节点负担较重，容易形成系统的“瓶颈”，线路的利用率也不高。树型拓扑是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个节点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。环型拓扑结构主要是通过各节点首尾的彼此连接从而形成一个闭合环型线路，其信息的传送是单向的，每个节点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的优点是结构简单，建网容易，便于管理；其缺点是当节点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。网状型主要用于广域网，由于节点之间有多条线路相连，所以网络的可靠性较高。由于结构比较复杂，建设成本较高。

2计算机网络拓扑的特点

随着网络技术的发展，计算机网络拓扑结构越来越呈现出一种复杂性。近些年来对于计算机拓扑的研究，越来越趋向于计算机拓扑节点度的幂律分布特点。这种分布在规模不同的网络拓扑中表现出一定的稳定性，也就是指，在规模不同的计算机拓扑中，它们的节点度表现出一种幂律分布，即：P(k)=k-β。其中，β一般在2―3这个小范围内进行波动，k是指节点度，P(k)表示度为k的节点出现的概率，即分布率。

计算机网络作为一个复杂网络，从其通信网络的优化目的来说，其实现节点间平均距离最小化、网络边数最小化是其拓扑优化的主要目标，即未来通信网络的趋势就是小世界网络。可是计算机网络所覆盖的范围非常巨大，具有全球性，其拓扑结构的发展还面临着许多技术上的问题。所以，对于计算机网络拓扑结构的优化目标的实现有点不大可能。但尽管计算机的发展并不能实现拓扑设计的整体优化，它的小世界、较少边、高聚集等特性足以表明其还是具有小范围优化的特点，这些特点的产生可表现出其一些规律，即计算机网络具有优先连接和生长的规律。生长表示的是计算机具有动态增长的特性，所以计算机的拓扑结构也是一个动态的过程。优先连接规律表示新节点进入计算机网络的规则，即在新节点加入网络时会选择拥有较大连接数的节点进行连接。

3计算机网络拓扑模型的构建

3.1一种复杂网络拓扑模型

在世人发现计算机网络节点度具有幂律分布的规律之后，计算机网络拓扑模型的构建产生巨大的转变。大家更多的选择从优先连接和生长等这一网络拓扑规律入手进行计算机网络的拓扑建模，其主要是为了让符合现实计算机拓扑性质的模型通过一些简单规则的演化让其自动地产生出来。利用优先连接来对新节点加入网络的过程进行描述还比较粗糙，首先是因为新节点在加入之前，对网络全局的信息进行了解和把握具有很大的难度，其次一个原因是单一的优先连接不能够描述复杂的加入决策过程，而且在全网中容易形成少量的集散节点。所以要建立更加符合现实计算机拓扑特征的网络模型则需要考虑更完善的加入规则。

现在对于构建计算机模型主要是依据自治域级和路由器级，但由于计算机网络拓扑特性在不同层次和不同规模中表现出某种本质上的相似性，所以，本拓扑模型的构建都适应于这两个级。此模型主要的规则是前面提到的通过生长和局部优先连接，来形成计算机拓扑模型，这种形成机制就好像一个层次化比较强的选举过程，如图2所示：

图2计算机网络拓扑模型

此模型首先假设在一个平面中分布着n个节点，并存在着一个离散的均匀走动的时钟，这些节点都清楚自己是何时进入网络的，这些节点进入网络的时刻分布是从零时刻开始至具体某一特定时刻内的随机分布。每个节点进入网络前后的动作就是接收和发送消息及依据所接收的消息产生响应。发送和接收的消息中包括了自己的优先度以及消息传达的范围等内容。并且这些节点优先度将对其消息传送的范围即辐射半径产生直接的影响。在节点接收消息之后往往是按照消息源的优先度来确定其是否跟发送消息的节点建立连接，若所接收到的许多消息源节点存在相近的优先度，其将会随机地选择一个消息源节点进行连接。通过这种规则进行不断的演化和发展，将会得出图2的结果。其中a图表示计算机网络形成的初始阶段，那时仅仅只有一小部分节点进行活动，每个节点度都比较小，其发送和接收消息的范围还比较小，所以这些节点往往只跟自己相邻的节点进行连接。而随着时间的不断推进，节点度的不断增加，各个节点的消息所能到达的距离越来越远，即所形成的连接会越来越大、越来越多。在局部区域胜出的节点代表整个区域参与更大范围的竞争，以致形成更大区域的代表。这个过程将持续下去，直到网络中形成几个较大的聚集中心。如图2(b)、(c)所示，这种自组织的层次网络并不具有预先设置的层次数。这就是计算机网络拓扑结构的形成模型，是一种消息自组织和传递接收的模型。

3.2网络拓扑结构体系与网络协议的设置

由于网络拓扑类型的多样性，使得计算机网络结构复杂多变。在这个系统中，网络服务供给者和请求者之间的通信是在一个复杂网络中进行的。对于复杂网络中的问题，必须建立起符合计算机网络拓扑结构体系的网络协议。具体问题如下：①语言不同的网络实体如何才可实现彼此通信?②如何才能保证网络实体正确接收数据?③怎样实现网络中各实体之间的联系？④数据怎样传送给指定的接收者?⑤怎样避免网络上数据传输冲突问题，怎样对数据流进行控制以避免数据信息丢失?⑥如何通过介质进行网络数据信息的传输？⑦在物理上的各种传输线路是如何建立的？

对于上述问题的解决，建立计算机网络拓扑结构体系是一种有效途径。计算机网络拓扑结构体系主要是对网络结构系统功能进行有效的分解，接着对各种分解后的功能进行设定，以满意用户的需求。这种网络拓扑结构体系其实就是一个层次结构，它的特点主要是任何一层都是在前一层的基础上建立起来的，其低层总是为高层服务。比如，第N层中的实体在实现自身定义的功能时，就充分利用N-1层提供的服务，由于N-1层同样使用了N-2层的服务，所以N层也间接利用了N-2 层提供的功能。N层是将以下各层的功能“增值”，即加上自己的功能，为N+1提供更完善的服务，同时屏蔽具体实现这些功能的细节。其中，最低层是只提供服务而不使用其他层服务的基本层；而最高层肯定是应用层，它是系统最终目标的体现。

因此，计算机网络拓扑结构体系的核心是如何合理地划分层次，并确定每个层次的特定功能及相邻层次之间的接口。由于各种局域网的不断出现，迫切需要不同机种互联，以满足信息交换、资源共享及分布式处理等需求，这就要求计算机网络体系结构标准化。在计算机网络分层结构体系中，通常把每一层在通信中用到的规则与约定称为协议。协议是一组形式化的描述，它是计算机通信的语言，也是计算机网络软硬件开发的依据。网络中的计算机如果要相互“交谈”，它们就必须使用一种标准的语言，有了共同的语言，交谈的双方才能相互“沟通”。考虑到环境及通信介质的不可靠性，通信双方要密切配合才能完成任务。通信前，双方要取得联络，并协商通信参数、方式等；在通信过程中，要控制流量，进行错误检测与恢复，保证所传输的信息准确无误；在通信后，要释放有关资源(如通信线路等)。由于这种通信是在不同的机器之间进行，故只能通过双方交换特定的控制信息才能实现上述目的，而交换信息必须按一定的规则进行，只有这样双方才能保持同步，并能理解对方的要求。

4计算机网络架构冗余设计分析

计算机网络架构冗余设计主要是指节点之间的链路冗余，也就是指在一条链路发生断路时，可以通过其他冗余的链路进行通信，以保证数据的安全。网络架构冗余设计一般是包括核心层和接入层两个方面的冗余设计，核心层冗余设计主要是采用了节点之间的连线的网状结构进行，即在一条线路断路时可以通过其他的两条或者两条以上的线路进行通信；接入层冗余设计一般是通过双上联或者三上联的方式进行的。

5结束语

在实际应用中，为了适应不同的要求，拓扑结构不一定是单一的，往往都是几种结构的混用。这些结构的混合使得计算机网络复杂性极强，在其拓扑结构构建和形成中表现出来、具体所形成的拓扑规则是：Internet网络中节点的生长性和优先连接。通过其不断的生长以及生长出的节点的优先连接，从而使网络拓扑形成一种消息自组织和传递的过程，最终发展成一种网络拓扑结构体系，其核心是一种层次结构，通过协议加以沟通，进行信息的传递。此外在设计过程中，还应充分考虑网络的冗余设计，最大限度地保证网络系统的可靠性、安全性。