网络拓扑结构的类型解释

在构建计算机网络时，您需要定义要使用的网络拓扑结构。目前有多种类型的网络拓扑结构，每种都有其优缺点。您选择的拓扑结构决定了网络的最佳性能、可扩展性选项、维护便利性以及构建网络的成本。这就是选择正确的网络拓扑类型非常重要的原因。

本博客文章涵盖了网络拓扑结构的类型、其优点和缺点。它还提供了关于在不同场景下使用哪种网络拓扑的建议。使用特定类型的网络拓扑的实际示例可以帮助您了解每种拓扑何时可以应用。

什么是网络拓扑？

网络拓扑或网络配置定义了网络的结构以及网络组件是如何连接的。网络拓扑类型通常用网络拓扑图表示，以便于查看和理解。有两种类型的网络拓扑：物理和逻辑。

物理拓扑描述了计算机网络中的网络设备（称为计算机、站点或节点）是如何物理连接的。物理网络拓扑的方面包括几何方案、连接、互连、设备位置、使用的网络适配器数量、网络适配器类型、电缆类型、电缆连接器以及其他网络设备。

逻辑拓扑表示从一个站点到另一个站点的数据流动，数据是如何传输和接收的，网络中数据的路径以及使用了哪些协议。逻辑网络拓扑解释了数据如何在物理拓扑上传输。云和虚拟网络资源是逻辑拓扑的一部分。

点对点网络拓扑

点对点网络拓扑是当只有两台计算机或其他网络设备相互连接时使用的最简单的网络拓扑。在这种情况下使用一段电缆。点对点网络拓扑的最常见例子是用双绞线电缆（UTP Cat 5e、FTP Cat 5e、STP Cat 5e等）连接两台计算机（具有带有RJ-45端口的以太网网络适配器）。点对点拓扑类型也称为P2P拓扑。

请参考博客文章的最后一节以了解不同的电缆类型。

类别5e的以太网交叉电缆是一种具有四对双绞线的电缆。该电缆两端都带有RJ-45连接器，其中一端采用T568A布线，另一端采用T568B。交叉电缆用于连接相同类型的网络设备，例如两台不同计算机的以太网卡。当使用点对点网络拓扑连接两台计算机时，现代网络卡可以使用非交叉电缆进行连接，这要归功于以太网自动MDI-X支持（介质相关接口交叉）。

补丁线或补丁电缆用于将计算机的网络卡连接到交换机，并将交换机彼此连接。补丁线的两端通过使用T568B标准压接（T568A也可以用于补丁线的两端，但这种做法不常见）。

总线网络拓扑

在总线拓扑中，主电缆称为公共电缆或骨干电缆。站点通过使用其他称为下降线的电缆连接到这个主电缆上。分接设备用于将下降线连接到主电缆上。通常使用阻抗约为50-52欧姆的RG-58同轴电缆来构建总线拓扑中的网络。BNC（Bayonet Neill-Concelman）连接器用于连接网络的各个部分并将电缆连接到网络卡上。终端器是安装在骨干电缆的每一端的设备，用于吸收信号并防止将信号反射回总线（将信号反射回去会在网络中造成严重问题）。

总线拓扑的安装难度中等。该拓扑比其他类型的网络拓扑需要更少的电缆，成本更低。这种网络拓扑用于小型网络。可扩展性较低，因为骨干电缆的长度有限，连接到骨干电缆的站点数量也有限。每个网络设备都连接到单根电缆。

A bus topology makes detecting network failures difficult. If the main cable is corrupted, the network goes down. Every additional node slows down the speed of data transmission in the network. Data can be sent only in one direction and is half-duplex. When one station sends a packet to a target station, the packet is sent to all stations (broadcast communication). However, only the target station receives the packet (after verifying the destination MAC address in the data frame). This working principle causes network overload and is not rational. The network of the bus network topology type works in half-duplex mode.

半双工模式不允许网络中的站点同时发送和接收数据。在任一方向传输数据时，整个信道带宽都被使用。当一个站点发送数据时，其他站点只能接收数据。

在全双工模式下，两个站点可以同时发送和接收数据。链路容量在信号在一个方向传输和信号在另一个方向传输之间共享。链路必须有两条单独的物理路径来发送和接收数据。作为替代，整个容量可以在信号在两个方向传输之间划分。

10BASE2是用于以太网网络的IEEE 802.3规范的一部分，使用同轴电缆。最大电缆长度在185到200米之间。10BASE5标准的粗同轴电缆的最大长度为200米。

CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）是用于在网络中防止碰撞（当两个或多个设备同时传输数据时，这导致传输数据损坏）的技术。此协议决定了何时哪个站点可以传输数据。IEEE 802.3是定义使用CSMA/CD协议的局域网（LAN）访问方法的标准。

令牌总线

IEEE 802.4是用于在使用总线拓扑结构构建的网络中创建逻辑令牌环的令牌总线标准。令牌按照代表逻辑环的顺时针或逆时针方向从一个站点传递到另一个站点。在下图中，对于第3个站点，邻居是第1个站点和第5个站点，根据方向选择其中一个来传输数据。只有持有令牌（具有令牌的站点）才能在网络中传输帧。IEEE 802.4比IEEE 802.3协议更复杂。

令牌总线帧格式。总帧大小为8202字节，帧由8个字段组成。

• 前导码（1字节）用于同步。
• 起始定界符（1字节）是用于标记帧开始的字段。
• 帧控制（1字节）验证此帧是控制帧还是数据帧。
• 目标地址（2-6字节）指定目的站的地址。
• 源地址（2-6字节）指定源站的地址。
• 负载（0-8182字节）是一个变长字段，用于携带网络层的有用数据。如果使用2字节地址，则8182字节是最大值。如果地址长度为6字节，则负载字段的最大大小为8174字节。
• 校验和（4字节）用于错误检测。
• 结束定界符（1字节）标记帧的结束。

总线网络拓扑结构不建议在传输大量流量时使用。考虑到总线网络拓扑结构使用同轴电缆于1990年代，并且最大速度为10 Mbit/s，您现在不应该使用此拓扑结构来构建您的网络。

环形网络拓扑结构

环型网络拓扑是总线拓扑的一种修改。在环型网络拓扑中，每个站点连接到其两侧的另外两个站点。这两个站点是该站点的邻居。数据按顺序单向传输，因此，网络以半双工模式工作。没有终端器，最后一个站点连接到环中的第一个站点。环型拓扑比总线拓扑更快。用于安装环型拓扑网络的同轴电缆和连接器与用于总线网络拓扑的相同。

如果使用环型拓扑构建大型网络，请使用中继器，在长电缆片段上传输数据时防止数据丢失。通常，每个站点作为中继器并放大信号。数据传输后，数据沿着环路传输，并经过中间节点，直到该数据被目标设备接收。

如果连接到网络的站点数量很多，则可能会产生较高的延迟。例如，如果网络中有100台计算机，并且第一台计算机向环中的第100台计算机发送数据包，则数据包必须通过99个站点才能到达目标计算机。请记住数据是按顺序传输的。所有节点必须保持活动状态以传输数据，因此，环型拓扑被归类为主动网络拓扑。由于网络中只有一个节点可以同时发送数据包，因此减少了数据包碰撞的风险。这种方法允许网络中每个节点具有相等的带宽。

令牌环

令牌环网络是IEEE 802.5标准的实现。这种拓扑结构通过使用基于令牌的系统来工作。令牌环是IBM于1984年推出的技术。令牌是沿着环路单向传输的标记。只有拥有令牌的节点才能传输数据。

在网络中开始工作的第一个站点成为监视站或活动监视器，控制网络状态，并从环中删除漂浮帧。否则，漂浮帧会无限循环在环中。活动监视器还用于避免丢失令牌（通过生成新的令牌）和时钟错误。

IEEE 802.5令牌环网络的帧格式显示在下图中。

• 开始定界符（1字节）用于同步和通知站点令牌的到来。
• 访问控制（1字节）是包含令牌位、监视器位和优先级位的字段。
• 帧控制（1字节）
• 目标地址（6字节）-定义目标设备的MAC地址。
• 源地址（6字节）-定义发送者的MAC地址。
• 负载（0字节或更多）是在帧中传输的有用数据（IP数据包），负载的大小可以从0到最大令牌持有时间不等。
• 校验和（4字节），也称为帧校验序列或CRC（循环冗余校验），用于检查帧中的错误。损坏的帧被丢弃。
• 结束定界符（1字节）标记帧的结束。
• 帧状态（1字节）是用于终止数据帧并作为确认的字段。接收器可以设置此字段，并指示MAC地址是否被识别并且帧已复制。

环形拓扑安装的难度中等。如果要添加或移除网络设备，只需更改两个链接。环形拓扑安装费用不高。但优点列表到此为止。

现在让我们突出环形网络拓扑的缺点。网络的每个部分都可能成为故障点。故障可能由断开的电缆、计算机的损坏网络适配器、电缆断开等引起。在链路故障的情况下，整个网络都会失败，因为信号无法向前传播并通过故障点。一个站点的故障会导致整个网络的故障。所有数据都会在环中传输，通过所有节点直到到达目标节点。故障排除困难。

环形拓扑网络中的所有节点共享带宽。因此，当向环中添加更多节点时，通信延迟和网络性能降低。要重新配置网络或添加/移除节点，必须断开网络并使其处于离线状态。网络停机对于组织来说既不方便也不经济。因此，环形网络拓扑不是构建可扩展和可靠网络的最佳选择。

本地区域网络中的环形拓扑结构在1990年代很流行，直到以双绞线和更为先进的星型拓扑结构为特征的以太网标准开始大规模使用。如今，由于网络速度较低（4或16兆比特/秒）以及上述其他缺点，不推荐在家庭和办公场所使用环形拓扑结构。

双环拓扑

双环拓扑是环形拓扑结构的改进版本。在环形拓扑结构中的节点之间增加第二个连接，可以使数据双向传输，并使网络以全双工模式运行。数据在网络中以顺时针和逆时针方向发送。如果第一个环中的链路失败，可以使用第二个环作为链路备份，以继续网络操作，直到第一个环中的问题被解决。

现代网络中使用环形拓扑结构的光环。这种网络拓扑结构主要由互联网服务提供商（ISP）和托管服务提供商（MSP）用于创建广域网络中的连接。

用于创建光纤环的技术和标准：

• 弹性分组环（RPR），也称为IEEE 802.17
• 生成树协议（STP）以避免网络中的环路
• 多段共享保护环（MS-SPRing/4、MS-SPRing/2等）
• 子网连接保护（SNCP）
• 四纤维双向线路切换环（BLSR/4）、BLSR/2等
• 同步传输模块（STM-4、STM-16、STM-64等）
• 同步光纤网络（SONET）和同步数字层次结构（SDH）

专业网络设备，如交换机，支持适当的标准，用于创建光纤环。这种硬件的价格很高。具有高可用性的光环被用来连接城市不同区域或不同城市的节点到高可用和高速环。

星型网络拓扑

星型拓扑是当今最常用的网络拓扑，因为它提供了许多优势。这种拓扑需要一个称为交换机的中心单位，所有其他网络设备都通过自己的网络电缆连接到这个交换机上。交换机有多个端口（通常为4、5、8、16、24、48等），所有需要的站点都连接到交换机，以在网络中相互交互。在这种情况下，两个站点之间没有直接的物理连接。如果两个站点在网络中相互交互，则一个帧离开发送者的网络适配器并发送到交换机，然后交换机重新将帧转发到目标站点的网络卡。

星型网络拓扑结构易于扩展。如果交换机中没有空闲端口，可以将交换机更换为具有更多端口的交换机，或者使用补丁线将第二个交换机连接到现有交换机，以扩展星型拓扑结构的网络。请注意，在网络负载高的情况下，连接两个交换机之间的连接成为瓶颈，因为连接到不同交换机的站点之间的数据传输速率可能小于连接到同一交换机端口的站点之间的数据传输速率。如果需要向网络添加站点，请拿一根补丁线，将一端插入终端设备的网络适配器，将另一端插入交换机中。

如果连接到交换机的任何站点失败，网络将继续工作而不中断。如果交换机下线，网络将无法运行。星型网络拓扑支持全双工和半双工模式。在维护方面，该拓扑结构非常简单。

连接网络设备时要避免环路。如果两个工作在第二层的网络设备之间存在两个以上的连接，则会创建一个环路。例如，如果使用两根补丁线连接两个交换机，或者将一根补丁线插入一个交换机的两个端口，则会产生一个环路。环路会导致网络内的通信中断和持续的广播风暴，直到您拔出不需要的网络电缆并关闭交换机。如果要创建冗余连接，请使用支持NIC组合或链路聚合的具有多个网络适配器的设备。

集线器与交换机：有什么区别？

集线器和交换机都用于连接使用星型拓扑结构的局域网（LAN）中的多个设备。当编码帧的信号到达集线器的一个端口（与该端口通过电缆连接的发送站点），该信号被发送到集线器的所有端口，从而发送到所有连接到集线器的设备。只有网络卡具有在帧中定义为目标MAC地址的MAC地址的站点才能接收该帧。连接到集线器的所有其他网络设备都不是目标设备，并且其网络适配器具有其他MAC地址的设备检测到发送的信号并拒绝该帧。集线器的缺点是网络负载过重。帧不是从集线器发送到目标网络卡，而是发送到集线器端口连接的所有设备。网络泛滥会降低网络的带宽。集线器在OSI模型的第一层（物理层）上运行。

A switch is a more intelligent device. A switch remembers MAC addresses of connected devices and adds MAC addresses of devices connected to each port of the switch to the MAC address table. When a sender sends a frame to a target device, the frame is sent to the switch. The switch reads the MAC address of the network card of a destination station and checks the internal MAC address table to identify to which port of the switch the destination device is connected. Then, the switch sends the frame only to the port associated with the MAC address of the target device. There is no flooding and network overload. This approach ensures high network performance. There are no collisions when using a switch in a star network topology. A switch operates on the second layer of the OSI model (the data link layer). See the table below to see all OSI layers.

开放式系统互联模型（OSI）

层编号	层名称	协议数据单元（PDU）	协议和标准示例
7	应用层	应用程序接收或传输的数据	HTTP，FTP，POP3，SMTP
6	表示层	用于表示的数据格式	SSL，TLS
5	会话层	传递到网络连接的数据	NetBIOS，SAP
4	传输层	TCP段，UDP数据报	TCP，UDP
3	网络层	数据包	IPv4，IPv6
2	数据链路层	帧	Ethernet，PPP，STP，Token Ring
1	物理层	比特	100BaseTX，RS232，ISDN

A switch is more secure than a hub. Since 2011, using hubs to connect network elements is deprecated by IEEE 802.3, the set of standards and protocols for Ethernet networks.

注意：交换机、集线器、路由器、调制解调器和Wi-Fi接入点属于主动网络设备。主动设备具有电子电路并需要电力供应进行操作。电缆、连接器、收发器、配线面板、机架安装和Wi-Fi天线是被动网络设备，它们不需要电力。被动网络设备用于连接主动网络设备。

现实生活中的星型拓扑

让我们详细了解传统以太网网络如何使用星型网络拓扑以及IEEE 802.3标准的工作原理。双绞线（4×2根线）是最常见的。它们通常用于这些网络，并且电缆的末端被用RJ-45连接器压接（也被称为8P8C – 8位置8接触）。电缆的两端都按照EIA/TIA 568B标准压接。您也可以使用EIA/TIA 568A压接电缆的两端，因为工作原理相同，但这种做法并不常见。在本博客文章末尾的电缆类型部分中查找更多信息。

以太网标准

10BASE-T是以太网的第一种实现，使用双绞线电缆（T在名称中表示Twisted pair，BASE表示基带信号）。网络的最大速度为10 Mbit/s。所需的电缆是UTP Cat.3或更高级别（仅使用橙色和绿色对）。

100BASE-TX，也称为快速以太网，于1995年实施（IEEE 802.3u）。此标准在网络中提供100 Mbit/s的速度，并需要UTP Cat 5电缆。

1000BASE-T被称为千兆以太网（GbE或1 GigE），并在IEEE 802.3ab标准中描述（于1999年通过）。最大数据传输速率为1000 Mbit/s（1 Gbit/s）。所需电缆为UTP Cat 5e。

2.5GBASE-T是IEEE 802.3bz标准指定的标准，最大数据传输速度为2.5 Gbit/s。IEEE 802.3bz标准于2016年获得批准。所需电缆为UTP Cat 5e。

5GBASE-T类似于2.5GBASE-T，但提供5 Gbit/s的数据传输速率，并要求更高级别的电缆 – UTP Cat 6。

10GBASE-T是使用铜线电缆的最快以太网标准，最高速度为10 Gbit/s。所需电缆为UTP Cat 6A。IEEE 802.3an标准包含了使用双绞线进行10 Gbit/s连接的规格。

在先前的以太网标准中，使用RJ-45连接器连接电缆。

两个网络设备端口之间电缆的最大长度是每个标准上述所提及的100米，如果满足双绞线电缆的要求。如果需要连接距离为200米的两个网络设备，请使用两个100米长的电缆段，并将它们连接到距离每个设备100米处安装的交换机。

要实现每个标准的最高速度，您必须满足最低要求：使用适当类别的电缆，支持所需模式的交换机，以及连接到交换机的设备的网络卡。例如，如果您希望网络中的设备以 1 Gbit/s 的速度运行，您必须在这些设备上安装 1-Gbit 网络卡，将它们连接到一个 1-Gbit 交换机，并使用符合 EIA/TIA 568B 标准的 RJ-45 连接器压接的 UTP Cat 5e 电缆作为网线。当所有连接的设备以 1 Gb/s 的速度工作时，它们只能以全双工模式工作。

自动协商是一个功能，用于确定与另一个连接设备的端口相连的端口的最佳网络速度和数据传输模式（全双工或半双工）。自动协商会自动确定连接到电缆另一端的端口的配置，并根据较低值设置数据传输速率。如果您将 100-Mbit 网络卡与带有网线（Cat 5e）的 1-Gbit 交换机连接，则网络连接的速度为 100 Mbit/s。向后兼容以前较低速度的以太网标准是一个有用的功能。

帧格式

标准以太网 IEEE 802.3 帧的长度为 1518 字节，标准 MTU（最大传输单元）为 1500 字节。如果您需要网络中的站点交换大量数据，则配置它们使用允许帧使用 MTU 为 9000 字节的巨型帧。巨型帧可以在传输数据时帮助提高性能，因为帧中的有用信息和服务信息的比例更高。并非所有设备都支持巨型帧。

星型网络拓扑结构的另一个优势是，使用此物理网络拓扑类型的以太网网络支持VLAN标记。VLAN标记用于通过使用相同的物理基础设施将物理网络划分为逻辑网络。通过将VLAN标记写入帧，可以在OSI模型的第二层上将逻辑网络分开。硬件必须支持VLAN标记才能使用此功能。 VLAN ID的范围可以从0到4094。 4094是一个物理网络中VLAN网络的最大数量。

让我来介绍使用星型网络拓扑的IEEE 802.3以太网网络的帧格式。

• 前导码（7字节）表示帧的开始，并用于发送方和接收方之间的同步。
• 帧起始分隔符（1字节）是一个字段，始终设置为10101011。 SFD（帧起始分隔符）标记了前导码的结束和以太网帧的开始，为目的地址的即将到来的位做准备。 这个字段是网络设备进行同步的最后机会。
• 目的地址（6字节）包含目的网络适配卡的MAC地址（例如，E8:04:62:A0:B1:FF）。 目的地址可以是单播、组播、广播（FF:FF:FF:FF:FF:FF）。
• 源地址（6字节）包含发送设备的源网络适配卡的MAC地址。 源地址始终是单播的。
• 类型（以太网类型）或长度（2字节）定义了以太网帧的长度。 类型字段指示第3层（L3）协议（0x0800 – IPv4，0x86DD – IPv6），帧是否使用802.1q VLAN标记（0x8100），等等。
• 数据负载（标准帧最大1500字节或巨型帧最大9000字节）是由帧承载的封装了的L3数据包。数据包是OSI模型（网络层）的典型PDU（协议数据单元）。
• 校验和、FSC或CRC（4字节）用于验证帧完整性。CRC由发送者计算，然后接收方接收帧，计算此值并将其与帧中接收到的CRC值进行比较。

A 14-byte header of an Ethernet frame contains the destination address, source address, and type (length). If VLAN tagging is used, an additional 4-byte VLAN tagging field is added to a frame after the source address field.

光连接

星型网络拓扑也用于基于光缆（光纤）构建网络，如果您需要具有更长的电缆段或更低的延迟。 10GBASE-S和10GBASE-E是使用光纤建立连接的10 Gbit/s网络的现代标准。在这种情况下，需要具有收发器和SFP连接器的交换机来构建星型拓扑网络。

SR（短距离）收发器用于距离高达300米。

LR（长距离）收发器支持300米至3公里范围内的电缆长度。

ER（扩展距离）收发器支持30公里至40公里范围内的电缆长度。

多模（MM）光缆用于短距离（小于300米）。

单模（SM）光缆用于长距离（大于300米）。

有些收发器允许您将铜Cat 6A电缆与RJ-45连接器连接到SFP+端口，以实现最大兼容性。光缆通过LC连接器连接到收发器。使用光缆构建物理网络比使用Cat 6A铜缆构建网络更加困难。

星型拓扑结构的优势

星型网络拓扑结构非常优秀。星型是目前最常见的网络拓扑类型。让我们总结一下这种网络拓扑结构的优势。

• 每个站点只需要一个网络适配器
• 安装和维护简单
• 故障排除简便
• 高可靠性和兼容性
• 速度快
• 支持双绞线和光缆
• 灵活性和可扩展性

Wi-Fi连接

如果在家庭或办公室安装了接入点使用无线网络连接，则无线网络通常使用星型网络拓扑结构。在这种情况下使用802.11n（a/b/g/n）标准。Wi-Fi接入点充当与站点的无线网络适配器连接的交换机，代表星型拓扑结构。

树型网络拓扑

树形网络拓扑是星形拓扑的延伸，如今被广泛使用。树形拓扑的理念是通过交换机之间的连接，将多个星型连接成复杂的网络，各个站点连接到这些交换机的端口上。如果其中一个交换机发生故障，网络的相关部分将离线。如果位于树形拓扑顶部的主交换机离线，网络分支将无法连接到彼此，但分支的计算机仍然可以互相通信。与网络连接的任何站点的故障都不会影响网络分支或整个网络。树形拓扑是可靠且易于安装、维护和故障排除，并且提供高可伸缩性。在使用此拓扑时，网络的每个节点之间都有一个连接（参见下图中的网络拓扑图）。

适用于星形网络拓扑的协议和标准也适用于树形拓扑（包括交换机、电缆和连接器）。此外，路由器可以用于在OSI模型的第三层之间划分子网络。因此，使用第三层的网络协议，并进行网络设备的适当配置。树形网络拓扑广泛应用于大型组织，因为它易于安装和管理。存在分层网络结构。选择将网络分支的所有交换机连接到主交换机，以避免创建长链路交换机，这可能导致在交换机之间传输数据时出现瓶颈和降低网络性能。

网络配置示例

让我们来看一个树形网络拓扑的示例，以及这种网络拓扑类型在实践中的应用。例如，某个组织有多个部门，每个部门在大楼中占据一个办公室。部门位于大楼的不同楼层。使用单星型拓扑安装网络是不合理的，因为这会导致额外的电缆消耗，将建筑物不同位置的所有站点连接到单个交换机。此外，站点的数量可能高于交换机端口的数量。在这种情况下，最合理的解决方案是在每个部门的主办公室安装专用交换机，将每个部门的所有站点连接到适当的交换机，并将所有部门的交换机连接到位于服务器室的主交换机。在这个示例中，主交换机位于树形层次结构的顶部。主交换机可以连接到路由器以访问互联网。如果另一个建筑物中有一个部门，并且到主建筑物中的您的交换机的距离超过100米，则可以使用附加交换机和UTP电缆。此交换机将距离划分为不超过100米的段。作为替代方案，使用光缆（以及适当的转换器或交换机）将此远程办公室连接到主交换机。

为了简化管理并提高安全性，您可以为每个部门安装路由器，并为每个部门创建子网。例如，开发人员位于192.168.17.0/24网络中，会计人员位于192.168.18.0/24网络中，测试人员位于192.168.19.0/24网络中，服务器位于192.168.1.0/24网络中（主子网），等等。

什么是路由器？

A router is a device that operates on the third layer of the OSI model (the network layer) and operates with packets (the PDU is a packet). A router can analyze, receive, and forward packets between different IP networks (subnetworks) by using the IP addresses of source hosts and destination hosts. Invalid packets are dropped or rejected. Different techniques are used for routing, such as NAT (network address translation), routing tables, etc. The firewall and network security are additional features of the router. Routers can select the best route to transfer packets. A packet is encapsulated into a frame.

A router has at least two network interfaces (usually LAN and WAN). There are popular models of routers that are combined with a switch in a single device. These routers have one WAN port and multiple LAN ports (usually 4-8 for small office/home office models). Professional routers have multiple ports that are not defined as LAN or WAN ports, and you should configure them manually. You can use a physical Linux server with multiple network adapters and connect this machine as a router. Connect a switch to the LAN network interface of this Linux router to have the tree network topology type.

Wi-Fi连接

就像星型网络拓扑一样，无线网络设备可以与有线段混合使用，创建树状拓扑结构的网络分段。两个相同的Wi-Fi接入点可以工作在桥接模式下，连接两个网络段（两个星型网络）。当您需要连接距离超过100米的办公室，并且无法在办公室之间安装电缆时，这种方法就很有用。以下树状网络拓扑图解释了这种情况。一个交换机连接到每个以桥接模式运行的Wi-Fi接入点，另外两个Wi-Fi接入点连接到相应的交换机，客户端站点连接到这些接入点（形成星型拓扑网络的分支）。

网状网络拓扑

A mesh network topology is a configuration in which each station in the network is connected to the other stations. All devices are interconnected with each other. There are two types of mesh: a full mesh and a partial mesh. In a partially connected mesh, at least two stations of the network are connected to multiple other stations in the network. In a full mesh, each station is connected to all other stations. The number of connections for a full mesh is calculated with the formula Nc=N(N-1)/2 links, where N is the number of nodes in the network (for the full-duplex mode of communication). See the network topology diagram below.

网状网络拓扑为网络提供了冗余，但由于连接数量和使用电缆的总长度较高，可能成本较高。如果一个站点故障，网络可以通过使用其他节点和连接来继续运行。如果数据通过故障节点传输，则更改路由，并通过其他节点传输数据。

每个节点都是一个路由器，可以动态创建和修改路由，以最合理的方式传输数据（在这种情况下使用动态路由协议）。在源设备和目标设备之间改变路由时，跳数可能会变化。路由表由目的地标识符、源标识符、度量、生存时间和广播标识符组成。路由工作在OSI模型的第三层。有时会使用洪泛技术代替路由。这种类型的网络拓扑可以用于传输大量的流量，因为有连接冗余。

向网络添加新站点很困难，因为您需要将新站点连接到多个其他站点。添加或删除节点不会中断整个网络的操作。每个站点需要多个网络卡来建立所有需要的连接。添加新站点后，您可能需要在其他必须连接到新站点的站点上安装额外的网络卡。网状网络拓扑是可伸缩的，但这个过程并不简单。管理可能会耗费时间。容错拓扑确保了高可靠性。没有层次关系。

网状网络拓扑是连接互联网上多个站点的一个例子。这种网络拓扑广泛用于广域网（WAN）连接，用于军事组织等使命关键型组织的网络。

Wi-Fi连接

在Wi-Fi网络中，网状网络拓扑被用来扩展被称为无线网状网络的无线网络的覆盖范围。基础设施网状架构是这种类型网络拓扑最常见的形式。用于创建这种网络拓扑类型的无线技术包括基于IEEE 802.15.4协议的Zigbee和Z-Wave，以及WirelessHART。IEEE 802.11、802.15和802.16也被用于无线网状网络。蜂窝网络也可以使用网状网络拓扑工作。

混合网络拓扑

混合拓扑结合了之前介绍的两种或更多种网络拓扑类型。星型和环型网络拓扑的组合就是混合网络拓扑的一个例子。有时你可能需要在你的网络中同时使用两种拓扑的灵活性。混合拓扑通常是可扩展的，并具有所有子拓扑的优点。拓扑的缺点也被结合起来，使得安装和维护变得困难。混合拓扑会给你的网络增加更多复杂性，并可能需要额外的费用。

星型环型拓扑是当今你可以找到的混合类型网络拓扑的例子之一。谈到环形部分时，我们不是指带T型连接器和BNC连接器的同轴电缆。在现代网络中，光纤环被用来连接远距离的节点。这种混合网络拓扑（环形+星形）被用来在同一城市的不同建筑物之间或在不同城市之间构建网络。当节点之间的距离很远时，使用星型拓扑是困难的，并会导致电缆的过度消耗。

多线纤维环的优势在于不存在单点故障。冗余光纤链路提供高可用性和可靠性。在一个光纤链路损坏的情况下，将使用备用通道。通过使用不同的地理路径可以追踪环形节点之间的不同光纤线路。

环形节点的光纤交换机/路由器通过星形网络拓扑连接到网络段的交换机/路由器。该连接对于构建局域网具有优势。如果环形和星形使用不同类型的电缆和网络设备，则使用光纤媒体转换器将与光纤电缆和相关连接器兼容的交换机/路由器连接到使用适当连接器夹合的铜电缆兼容的交换机/路由器。

电缆类型

电缆是物理网络拓扑的重要组成部分。网络速度和网络安装的总成本取决于所选的网络拓扑、电缆和其他网络设备。在博文中提到了不同类型的电缆，并给出了使用不同类型的网络拓扑的真实示例。让我们看看这篇博文中解释的不同类型网络拓扑的最常用电缆，以更好地理解物理拓扑。

同轴电缆

同轴电缆由中心铜丝作为内导体构成。不同型号的电缆可以使用实心铜或几根细铜丝作为中心导体。这个内导体被一层绝缘层包裹以保护核心线。绝缘层被导电铝箔和编织铜屏蔽层包围。外层是聚合物绝缘层，通常为黑色或白色。

RG-58是同轴电缆的一种常见型号，阻抗为50欧姆。这种电缆也被称为10Base2 Thinnet电缆。名称中的RG代表“无线电导向”。同轴电缆的其他例子有RG-6、RG-8、RG-59。如今，同轴电缆被用于连接Wi-Fi天线到相应的网络设备（5D-FB、8D-FB、LMR-400电缆类型）。

双绞线

双绞线电缆因其使用简单、带宽高和价格实惠而被广泛用于网络。两根单独的绝缘铜线（直径约1毫米）被扭曲在一起形成一对。在不同的电缆类型和类别中使用一到四对。扭曲的原因是为了减少噪音信号。双绞线覆盖有外部绝缘屏蔽层，可以保护电缆免受机械损伤。双绞线电缆主要有三种类型：UTP、FTP和STP。

UTP（无屏蔽双绞线）是由导线和绝缘体组成的电缆。

FTP（屏蔽双绞线）或F/UTP是一种电缆，其中所有双绞线都被金属屏蔽层（铝箔）覆盖。电缆内还包括一根直径小于1毫米的额外单根导线。因此，如果使用适当的连接器，FTP电缆支持接地。单独的双绞线未被屏蔽。

STP（屏蔽双绞线）在双绞线周围包含编织的金属屏蔽层。每个双绞线都用铝箔屏蔽。整个电缆较硬，扭曲困难（电缆不像FTP和UTP那样高度柔韧）。STP电缆提供更好的电磁噪声和机械损坏保护。

如今，Category 5e或更高级别用于安装网络。类别越高，数据传输速率越高（100MHz、250MHz、500MHz），支持数据传输速度。您可以使用同一类别的FTP或STP电缆代替UTP电缆。UTP Cat.3只有两个双绞线。UTP Cat.5及更高级别有4个双绞线。电缆压接易于操作，任何拥有电缆压接工具的人都可以完成。

光纤电缆

光纤电缆提供最低延迟，并且通过一个电缆段覆盖更长的距离（无需中继器）。光纤电缆薄而且由两层玻璃构成。核心玻璃层是光信号的波导，可以实现长距离传输。包层是包围核心的玻璃层，并且与核心相比具有较低的折射率。该技术基于全反射原理。

单模光纤（SMF）电缆和多模光纤（MMF）电缆被使用。多模光纤电缆直径较大，用于传播多束光线（或模式），但适用于短距离。多模光纤电缆通常呈蓝色。单模光纤电缆适用于长距离传输，呈黄色。流行的连接器有SC、FC、LC和ST。

光纤电缆的价格很高。与绞线电缆或同轴电缆的布线相比，光纤的焊接较困难。为了将光缆插入交换机或路由器，需要的收发器增加了费用。光纤的端口应始终保持清洁，因为即使一小块灰尘也可能导致重大问题。

结论

本文涵盖了网络拓扑结构，包括物理拓扑结构、逻辑拓扑结构以及它们在实际生活中的应用示例。如果您需要构建局域网，请使用星型拓扑结构，这是当今最常见的网络拓扑结构，或者使用树型网络拓扑结构，这是星型拓扑结构的高度可扩展修改。环型和网状拓扑结构主要由互联网服务提供商、托管服务提供商和数据中心使用。这些配置更难进行。各种网络拓扑类型、网络设备、标准和协议允许您根据需求在您的环境中安装任何配置的网络。

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