解释的网络拓扑类型

在建立電腦網路時，您需要定義要使用哪種網路拓撲。現今有多種類型的網路拓撲被使用，每種都有其優缺點。您所選擇的拓撲形式將決定您網路的最佳性能、擴展性選項、維護便利性以及建立網路的成本。這就是為什麼選擇正確的網路拓撲形式非常重要。

本文介紹了不同類型的網路拓撲，它們的優點和缺點。同時提供了在不同情境下使用哪種網路拓撲的建議。具體的使用特定類型網路拓撲的實際示例可以幫助您了解何時應用每種拓撲。

什麼是網路拓撲？

網路拓撲或網路配置定義了網路的結構以及網路元件的連接方式。為了方便和清晰起見，網路拓撲類型通常使用網路拓撲圖來表示。網路拓撲一般分為兩種類型：物理和邏輯。

物理拓撲描述了在電腦網路中，網路設備（稱為電腦、站點或節點）如何物理連接。物理網路拓撲的方面包括幾何方案、連接、互連、設備位置、使用的網路適配器數量、網路適配器類型、電纜類型、電纜連接器以及其他網路設備。

邏輯拓撲代表資料從一個站點流向另一個站點的方式，資料如何被傳送和接收，網絡中資料的路徑，以及使用了哪些協議。邏輯網絡拓撲解釋了資料如何在物理拓撲上傳輸。雲和虛擬網絡資源是邏輯拓撲的一部分。

點對點網絡拓撲

點對點網絡拓撲是當僅有兩台電腦或其他網絡設備互相連接時使用的最簡單的網絡拓撲。在這種情況下使用一段電纜。點對點網絡拓撲最常見的例子是使用雙絞線電纜（UTP Cat 5e、FTP Cat 5e、STP Cat 5e等）將兩台電腦（具有RJ-45端口的以太網網卡的電腦）連接起來。點對點類型的拓撲也被稱為P2P拓撲。

請參考博客文章的最後一節了解不同電纜類型。

類別5e的乙太網交叉電纜是一條具有四對雙絞線的電纜。該電纜的兩端都有RJ-45連接器，其中一端採用T568A佈線，另一端採用T568B佈線。交叉電纜用於連接相同類型的網絡設備，例如兩台不同電腦的乙太網卡。當使用點對點網絡拓撲連接兩台電腦時，現代網卡可以使用補丁電纜而不是交叉電纜進行連接，這得益於乙太網自動MDI-X支援（媒介相依介面交叉）。

補丁線或補丁電纜用於將電腦的網卡連接到交換機，並將交換機彼此連接。補丁線的兩端均使用T568B標準（補丁線的兩端也可以使用T568A，但這種做法並不常見）。

匯流排網路拓撲

在匯流排拓撲中，主電纜稱為公共電纜或主幹電纜。站點通過使用其他稱為下垂線的電纜連接到這個主電纜上。分接裝置用於將下垂線連接到主電纜上。通常使用具有約50-52歐姆阻抗的RG-58同軸電纜來構建匯流排拓撲中的網路。BNC（Bayonet Neill-Concelman）連接器用於連接網路的各個部分以及將電纜連接到網卡上。終端器是安裝在主幹電纜的每端的設備，用於吸收信號並避免將信號反射回匯流排（將信號反射回去會導致網路出現嚴重問題）。

匯流排拓撲的安裝難度中等。該拓撲需要的電纜比其他類型的網路拓撲少，成本也較低。這種網路拓撲用於小型網路。可擴展性低，因為主幹電纜的長度有限，可以連接到主幹電纜的站點數量也有限。每個網路設備都連接到一條電纜上。

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.

半雙工模式不允許網路中的站點同時發送和接收數據。在數據向任一方向傳輸時，整個通道帶寬都被使用。當一個站點正在發送數據時，其他站點只能接收數據。

在 全雙工 模式下，兩個站點可以同時傳送和接收數據。連接容量在單向傳送和雙向傳送的信號之間共享。連接必須具有兩個獨立的物理路徑來發送和接收數據。作為替代方案，整個容量可以在雙向傳送的信號之間劃分。

10BASE2 是用於乙太網絡的 IEEE 802.3 規範的一部分，使用同軸電纜。最大電纜長度在 185 到 200 米之間變化。10BASE5 標準的粗同軸電纜的最大長度為 200 米。

CSMA/CD（載波感知多路存取/碰撞檢測）是用於防止網絡中碰撞的技術（當兩個或多個設備同時傳送數據時，導致傳輸數據的損壞）。此協議決定了何時哪個站點可以傳送數據。IEEE 802.3 是定義使用 CSMA/CD 協議的局域網（LAN）訪問方法的標準。

Token Bus

IEEE 802.4 是用於使用匯流排拓撲構建的網絡中創建邏輯令牌環的 Token Bus 標準。令牌按照在順時針或逆時針方向表示的定義序列從一個站點傳遞到另一個站點。對於 Station 3，鄰居是 Station 1 和 Station 5，根據方向選擇其中一個來傳送數據。只有持有令牌（擁有令牌的站點）的站點才能在網絡中傳輸幀。 IEEE 802.4 比 IEEE 802.3 協議更加複雜。

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。
• 目的地址（2-6字节）指定目的站点的地址。
• 源地址（2-6字节）指定源站点的地址。
• 有效载荷（0-8182字节）是一个可变长度的字段，用于携带来自网络层的有效数据。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，则有效载荷字段的最大大小为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。

在传输大量流量时，不建议使用总线网络拓扑结构。考虑到总线网络拓扑结构使用同轴电缆于1990年代，最大速度为10 Mbit/s，你现在不应该使用这种拓扑结构来构建你的网络。

环形网络拓扑

環狀網路拓撲是對匯流排拓撲的修改。在環狀網路拓撲中，每個站點都連接到其兩側的兩個站點。這兩個站點是該站點的鄰居。數據按照順序在一個方向上傳遞，因此該網路以半雙工模式工作。沒有終端器，最後一個站點連接到環狀中的第一個站點。環狀拓撲比匯流排拓撲更快。安裝環狀拓撲網路所使用的同軸電纜和連接器與安裝匯流排拓撲網路所使用的相同。

如果使用環狀拓撲來構建大型網路，應使用中繼器來防止在長電纜片段上傳輸數據時發生數據丟失。通常，每個站點都作為中繼器工作並放大信號。數據傳輸完成後，數據沿著環狀傳遞並通過中間節點，直到被目標設備接收。

如果連接到網路的站點數量很多，可能會導致更高的延遲。例如，如果網路中有100台計算機，並且第一台計算機向環狀中的第100台計算機發送一個封包，該封包必須通過99個站點才能到達目標計算機。請記住，數據是順序傳輸的。所有節點都必須保持活動狀態以傳輸數據，因此環狀拓撲被歸類為主動網路拓撲。碰撞封包的風險降低，因為網路中只有一個節點可以同時發送封包。這種方法為網路中的每個節點提供了相等的帶寬。

令牌環

令牌環網路是IEEE 802.5標準的實現。此拓撲使用基於令牌的系統運作。令牌環是IBM於1984年推出的技術。令牌是在環路上以單一方向移動的標記。只有擁有該令牌的節點才能傳輸數據。

網路中首先啟動工作的站點成為監控站或主動監視器，控制網路狀態，並從環路中刪除漂移的幀。否則，漂移的幀將在環路中無限循環。主動監視器還用於避免丟失令牌（通過生成新令牌）和時鐘錯誤。

IEEE 802.5令牌環網路的幀格式如下圖所示。

• 起始定界符（1字節）用於同步和通知站點令牌的到達。
• 訪問控制（1字節）是包含令牌位、監視器位和優先級位的字段。
• 幀控制（1字節）
• 目標地址（6字節）- 定義目標設備的MAC地址。
• 源地址（6字節）- 定義發送者的MAC地址。
• 有效負載（0字節或更多）是在幀中傳輸的有用數據（IP封包），有效負載的大小可以從0到最大令牌持有時間不等。
• 校驗和（4字節），也稱為幀檢查序列或CRC（循環冗余檢查），用於檢查幀中的錯誤。損壞的幀將被丟棄。
• 結束定界符（1字節）標記幀的結束。
• 框架狀態（1位元組）是用於終止資料框架並作為確認的欄位。該欄位可以由接收器設置，並指示MAC位址是否被識別並且資料框架已被複製。

環狀拓撲安裝的困難程度是中等的。如果您想添加或移除網路設備，您只需要改變兩條連結。環狀拓撲安裝並不昂貴。但是優勢列表止於此。

現在讓我們突顯環狀網路拓撲的缺點。網路的每個片段都可能是一個故障點。故障可能是由於斷開的電纜、損壞的電腦網路適配器、電纜斷開等造成的。在連結失敗的情況下，整個網路失敗，因為信號無法前進並通過故障點。一個站點的故障導致整個網路的故障。所有資料通過通過所有節點直到到達目的節點的環路旅行。故障排除很困難。

環狀拓撲網路中的所有節點共享頻寬。因此，當將更多節點添加到環路時，通信延遲和網路性能下降。要重新配置網路或添加/移除節點，必須將網路斷開並保持脫機狀態。對組織而言，網路停機並不方便且成本高昂。因此，環狀網路拓撲並不是構建可擴展和可靠網路的最佳選擇。

本地區網中的環型網路拓撲在1990年代很流行，直到乙太網標準的大規模使用開始，這種標準使用雙絞線纜線和更進步的星形拓撲。如今，環型拓撲不再使用，也不建議在家庭和辦公室中使用，因為其低4或16 Mbit/s的網速和其他上述缺點。

雙環型

雙環型是環型拓撲的修改版本。在環中的節點之間添加第二個連接允許數據的雙向傳輸，使網絡以全雙工模式工作。數據在網絡中以順時針和逆時針方向發送。如果第一環中的連接失敗，則可以使用第二環作為連接備份，以繼續網絡運行，直到修復第一環中的問題。

光環在現代網絡中使用環型網路拓撲。這種網絡拓撲主要由互聯網服務提供商（ISP）和管理服務提供商（MSP）用於在廣域網絡中創建連接。

用於創建光纖環的技術和標準：

• 被稱為IEEE 802.17的強大分組環（RPR）
• 用於避免網絡中的迴圈的STP（生成樹協議）
• 多段共享保護環（MS-SPRing/4、MS-SPRing/2等）
• 子網路連接保護（SNCP）
• 四纖維雙向線路切換環（BLSR/4）、BLSR/2等
• 同步傳輸模塊（STM-4、STM-16、STM-64等）
• 同步光纤网络（SONET）和同步数字分层（SDH）

专业网络设备，如交换机，支持相应的标准用于创建光纤环。这种硬件的价格很高。高可用性的光环用于连接城市不同区域或不同城市的节点到高可用性和高速环。

星形网络拓扑

星形拓扑是目前最常用的网络拓扑，因为它提供了许多优势。此拓扑需要一个称为交换机的集中单元，所有其他网络设备都使用自己的网络电缆连接到此交换机。交换机具有多个端口（通常为4、5、8、16、24、48等），所有所需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，则帧离开发送方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。

星型網路拓撲易於擴展。如果交換機中沒有空閒端口，則將交換機更換為具有更多端口的交換機，或使用網絡線將第二個交換機連接到現有交換機上，以擴展星型拓撲的網絡。請注意，當網絡負載很高時，這些交換機之間的連接會成為瓶頸，因為連接到不同交換機的站點之間的數據傳輸速率可能小於連接到同一交換機端口的站點之間的數據傳輸速率。如果您需要將一個站點添加到網絡中，請取一條網絡線，將一端插入終端設備的網絡適配器，另一端插入交換機。

如果連接到交換機的任何站點失效，則網絡將繼續正常運行。如果交換機下線，則網絡無法運行。星型網路拓撲支援全雙工和半雙工模式。就維護而言，這種拓撲非常簡單。

在連接網絡設備時要避免迴圈。如果在第二層上工作的兩個網絡設備之間存在兩個以上的連接，則會產生迴圈。例如，如果您使用兩條網絡線連接兩個交換機，或者將網絡線插入一個交換機的兩個端口，則會形成迴圈。迴圈導致網絡內的通信中斷和廣播風暴，直到拔掉不需要的網絡電纜並關閉交換機為止。如果要創建冗餘連接，請使用支持網絡介面卡聯合或連結聚合的具有多個網絡適配器的設備。

集線器與交換機：有何不同？

用來連接使用星型拓撲結構的區域網路（LAN）中的多個裝置。當編碼成幀的信號到達集線器的一個端口（一個與該端口連接的發送站），信號被發送到集線器的所有端口，因此被發送到連接到集線器的所有裝置。只有網絡卡具有在幀中定義為目的地 MAC 地址的 MAC 地址的站台才能接收該幀。集線器連接到集線器的所有其他網絡設備都不是目的地設備，其網絡適配器具有其他 MAC 地址，因此檢測到發送的信號並拒絕該幀。集線器的缺點是網絡過載。將幀從集線器發送到目的地網絡卡的操作，而是將幀發送到集線器端口連接的所有設備。網絡洪水降低了網絡的帶寬。集線器在 OSI 模型的第一層（物理層）上運行。

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.

開放式系統互連模型（OSI）

層數	層名稱	協議資料單元（PDU）	協議和標準示例
7	應用層	應用程式接收或傳輸的資料	HTTP、FTP、POP3、SMTP
6	表達層	格式化為表達的資料	SSL、TLS
5	會話層	傳遞到網路連接的資料	NetBIOS、SAP
4	傳輸層	TCP 段、UDP 數據報	TCP、UDP
3	網路層	封包	IPv4、IPv6
2	數據鏈路層	幀	Ethernet、PPP、STP、Token Ring
1	物理層	位元	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：開關、集線器、路由器、調製解調器和Wi-Fi接入點屬於主動式網絡設備。主動設備具有電子電路並需要電力來運作。電纜、連接器、收發器、配線面板、機架安裝件和Wi-Fi天線是被動網絡設備，不需要電力。被動網絡設備用於連接主動網絡設備。

現實生活中的星形拓撲

讓我們詳細了解傳統以太網網絡如何使用星形網絡拓撲以及IEEE 802.3標準的工作方式。捲線對電纜（4×2根電線）是最常見的。它們通常用於這些網絡，電纜的末端用RJ-45連接器壓接（也稱為8P8C – 8位置8接觸）。電纜的兩端都是按照EIA/TIA 568B標準壓接的。您也可以使用EIA/TIA 568A壓接電纜的兩端，因為工作原理是相同的，但這種做法並不常見。在此博客文章末尾的電纜類型部分找到有關電纜的更多信息。

以太網標準

10BASE-T是以太網的第一個實現，使用捲線電纜（名稱中的T表示Twisted pair，BASE表示基帶信號）。網絡的最大速度為10 Mbit/s。所需的電纜是UTP Cat.3或更高（僅使用橙色和綠色對）。

100BASE-TX，又稱快速乙太網，於1995年實施（IEEE 802.3u）。該標準在網絡中提供100 Mbit/s的速度，並需要UTP Cat 5電纜。

1000BASE-T被稱為千兆乙太網（GbE或1 GigE），並在IEEE 802.3ab標準中描述（於1999年通過）。最大數據傳輸速率為1000 Mbit/s（1 Gbit/s）。所需的電纜是UTP Cat 5e。

2.5GBASE-T是指IEEE 802.3bz標準，最大數據傳輸速度為2.5 Gbit/s。IEEE 802.3bz標準於2016年批准。所需的電纜是UTP Cat 5e。

5GBASE-T類似於2.5GBASE-T，但提供5 Gbit/s的數據傳輸速率，需要更高級別的電纜 – UTP Cat 6。

10GBASE-T是使用銅線電纜的最快乙太網標準，最大速度為10 Gbit/s。所需的電纜是UTP Cat 6A。IEEE 802.3an標準包含了使用雙絞線進行10 Gbit/s連接的規範。

在前述乙太網標準中，使用RJ-45連接器進行電纜連接。

兩個網絡設備端口之間的電纜最大長度為每個標準所述的100米，如果滿足雙絞線電纜的要求。如果您需要連接兩個相距200米的網絡設備，請使用兩個100米的電纜段，並將它們連接到中間安裝的交換機，距每個設備100米處。

要达到每个标准的最高速度，您必须满足最低要求：使用相应类别的电缆，支持所需模式的交换机，并且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 速度运行，则必须在这些设备上安装 1-Gbit 网络卡，将它们连接到 1-Gbit 交换机，并使用已针对 RJ-45 连接器压制的 UTP Cat 5e 电缆作为使用 EIA/TIA 568B 标准的补丁线。当所有连接的设备以 1 Gb/s 的速度工作时，它们只能在全双工模式下工作。

自动协商是一种用于确定与另一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）的功能。自动协商会自动确定与电缆另一端连接的端口的配置，并根据较低值设置数据传输速率。如果您将 100-Mbit 网络卡与 1-Gbit 交换机用补丁线（Cat 5e）连接，则网络连接的速度为 100 Mbit/s。与先前低速以太网标准的向后兼容性是一个有用的功能。

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。如果需要网络中的站点交换大量数据，请配置它们以使用允许帧使用 9000 字节的 MTU 的巨型帧。巨型帧可以帮助提高数据传输时的性能，因为帧中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。

星型網路拓撲的另一個優點是，使用這種物理網路拓撲類型的以太網網路支援 VLAN 標記。 VLAN 標記用於通過使用相同的物理基礎設施將物理網路劃分為邏輯網路。 通過將 VLAN 標記寫入幀中，可以在 OSI 模型的第二層上將邏輯網路分隔開來。 硬件必須支持 VLAN 標記才能使用此功能。 VLAN ID 的範圍可以從 0 到 4094。 4094 是一個物理網路中 VLAN 網路的最大數量。

讓我來介紹使用星型網路拓撲的 IEEE 802.3 以太網網路的幀格式。

• 前導（7 個字節）表示幀的開始並用於發送器和接收器之間的同步。
• 幀開始分隔符（1 個字節）是始終設置為 10101011 的字段。 SFD（幀開始分隔符）標記前導的結束並開始以太網幀，為目標地址的即將到來的位做準備。 這個字段是網路設備同步的最後機會。
• 目標地址（6 個字節）包含目標網卡的 MAC 地址（例如，E8:04:62:A0:B1:FF）。 目標地址可以是單播、多播、廣播（FF:FF:FF:FF:FF:FF）。
• 來源地址（6 個字節）包含發送器設備的源網卡的 MAC 地址。 來源地址始終是單播的。
• 類型（以太網類型）或長度（2 個字節）定義了以太網幀的長度。 類型字段指示第 3 層（L3）協議（0x0800 – IPv4、0x86DD – IPv6），幀是否使用 802.1q VLAN 標記（0x8100）等。
• 資料有效負載（標準框架最大1500字節或巨幅框架最大9000字節）是由框架承載的封裝的L3數據包。數據包是OSI模型（網絡層）的第三層的典型PDU（協議數據單元）。
• 校驗和FSC或CRC（4字節）用於驗證框架的完整性。CRC由發送方計算，然後接收方接收框架，計算此值並與框架中接收到的CRC值進行比較。

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.

光纖連接

星型網絡拓撲也用於基於光纖建立網絡，如果需要較長的電纜段或更低的延遲。 10GBASE-S和10GBASE-E是使用光纖建立連接的10 Gbit/s網絡的現代標準。在這種情況下，需要使用帶有收發器和SFP連接器的交換機來構建星型拓撲網絡。

SR（短距離）收發器用於距離不超過300米的情況。

LR（長距離）收發器支持300米至3公里的電纜長度範圍。

ER（延長距離）收發器支持30公里至40公里的電纜長度。

多模（MM）光纖電纜用於短距離（小於300米）。

單模（SM）光纖電纜用於長距離（大於300米）。

還有一些收發器可以將銅製Cat 6A電纜與RJ-45連接器連接到SFP+端口，以實現最大的兼容性。光纖電纜通過使用LC連接器連接到收發器。使用光纖電纜構建物理網絡比使用Cat 6A銅纜線構建網絡更困難。

星型拓撲的優勢

星型網路拓撲非常優秀。星型是當今最常見的網路拓撲類型。讓我們總結一下這種網路拓撲類型的優點。

• 每個站點只需要一張網路卡
• 安裝和維護容易
• 故障排除方便
• 高可靠性和兼容性
• 速度快
• 支援雙絞線和光纖
• 彈性和可擴展性

Wi-Fi連接

如果家中或辦公室安裝了訪問點使用無線網路連接，無線網路通常使用星型網路拓撲。在這種情況下使用802.11n（a/b/g/n）標準。Wi-Fi訪問點充當與站點的無線網路適配器連接的交換機，代表星型拓撲。

樹狀網路拓撲

樹狀網路拓撲是星狀拓撲的延伸，在當今廣泛使用。樹狀拓撲的概念是通過使用交換機之間的連接將多個星狀拓撲（分支）連接成一個複雜的網路。站點連接到這些交換機的端口上。如果其中一個交換機發生故障，相關的網路段將離線。如果位於樹狀拓撲頂部的主交換機離線，網路分支將無法互相連接，但分支中的計算機仍然可以互相通信。與網路相連的任何站點的故障都不會影響網路分支或整個網路。樹狀拓撲可靠且易於安裝、維護和故障排除，並且具有高度可擴展性。在使用此拓撲時，每個網路節點之間都有一個連接（請參見下面的網路拓撲圖）。

樹狀拓撲使用了適用於星狀拓撲的協議和標準（包括交換機、電纜和連接器）。此外，路由器可以用於在OSI模型的第三層上將子網路分隔開來。因此，使用了第三層的網路協議，並進行了相應的網路設備配置。樹狀網路拓撲在大型組織中被廣泛使用，因為它易於安裝和管理。存在層次化的網路結構。選擇將所有網路分支的交換機連接到主交換機，以避免創建一長串交換機的情況，這可能會在通過交換機之間的段傳輸數據時導致瓶頸和降低網路性能。

網路配置的一個例子

讓我們看一個樹狀網路拓撲的例子，以及這種網路拓撲類型在實踐中的應用。例如，一個組織有多個部門，每個部門佔據建築物中的一個辦公室。部門位於建築物的不同樓層。使用單一星型拓撲來安裝網路是不合理的，因為這將導致額外消耗電纜將建築物不同位置的所有站點連接到一個單一交換機。此外，站點的數量可能高於交換機端口的數量。在這種情況下，最合理的解決方案是在每個部門的主要辦公室安裝專用交換機，將每個部門的所有站點連接到適當的交換機，並將所有部門的交換機連接到位於伺服器室的主交換機。在此示例中，主交換機位於樹狀層級的頂端。主交換機可以連接到路由器以訪問互聯網。如果另一棟建築物中有一個部門，並且到主建築物中的您的交換機的距離超過100米，則可以使用帶有UTP電纜的額外交換機。此交換機將距離分成不超過100米的段。作為替代方案，使用光纖電纜（以及適當的轉換器或交換機）將此遠程辦公室連接到主交換機。

為了簡化管理並提高安全性，您可以為每個部門安裝路由器並為每個部門創建子網路。例如，開發人員位於192.168.17.0/24網路中，會計人員位於192.168.18.0/24網路中，測試人員位於192.168.19.0/24網路中，伺服器位於192.168.1.0/24網路中（主要子網路），等等。

什麼是路由器？

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連接

就像星形網路拓撲一樣，無線網路設備可以與有線段一起建立樹狀拓撲的網路段。兩個相同的Wi-Fi存取點可以在橋接模式下工作，以連接網路的兩個段（兩個星）。當需要連接距離超過100米的辦公室且無法在辦公室之間安裝電纜時，這種方法非常有用。下面的樹狀網路拓撲圖解釋了這種情況。每個在橋接模式下運行的Wi-Fi存取點都連接到交換機，另外兩個Wi-Fi存取點連接到適當的交換機，客戶站連接到這些存取點（形成星形拓撲的網路樹枝）。

網狀網路拓撲

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.

網狀網路拓撲提供網路的冗餘性，但由於連接的數量和使用的總長度，成本可能很高。如果一個站點故障，網路可以繼續運行，使用其他節點和連接。如果數據經過失敗節點傳輸，路由會更改，數據將通過其他節點傳輸。

每個節點都是一個路由器，可以動態創建和修改路由，以最合理的方式傳輸數據（在這種情況下使用動態路由協議）。在源設備和目的地之間更改路由時，跳數可能會有所變化。路由表由目的地識別符、源識別符、度量、存活時間和廣播識別符組成。路由工作在OSI模型的第三層。有時會使用洪泛技術代替路由。這種類型的網絡拓撲可用於傳輸大量流量，這要歸功於連接冗餘性。

將新站點添加到網絡中很困難，因為您需要將新站點連接到多個其他站點。添加或刪除節點不會中斷整個網絡的操作。每個站點需要多個網卡來建立所有所需的連接。添加新站點後，您可能需要在其他必須連接到新站點的站點上安裝額外的網卡。網狀網絡拓撲是可擴展的，但這個過程不是直接的。管理可能需要花費大量時間。容錯拓撲確保高可靠性。沒有層次關係。

網狀網絡拓撲是連接互聯網上多個站點的一個示例。這種網絡拓撲廣泛用於廣域網（WAN）連接，用於諸如軍事組織等重要組織的網絡。

Wi-Fi連接

Wi-Fi 網絡中的網格網絡拓撲用於擴展稱為無線網格網絡的無線網絡的覆蓋範圍。基礎設施網格架構是這類網絡拓撲的最常見形式。用於創建此類網絡拓撲的無線技術包括基於 IEEE 802.15.4 協議的 Zigbee 和 Z-Wave，以及 WirelessHART。IEEE 802.11、802.15 和 802.16。細胞網絡也可以使用網格網絡拓撲工作。

混合網絡拓撲

混合拓撲結合了先前介紹的兩種或更多種類的網絡拓撲。星型和環型網絡拓撲的結合是混合網絡拓撲的一個例子。有時您可能需要在您的網絡中使用兩種拓撲的靈活性。混合拓撲通常是可擴展的，並具有所有子拓撲的優點。拓撲的缺點也會合併，使安裝和維護變得困難。混合拓撲會增加您的網絡複雜性，可能需要額外的成本。

星環拓撲是當今您可以找到的混合型網絡拓撲的例子之一。談到環的部分時，我們不是指帶有 T 連接器和 BNC 連接器的同軸電纜。在現代網絡中，使用光纖環來在長距離上連接節點。這種混合網絡拓撲（環+星）用於在同一城市內的不同建築物之間或在不同城市之間建立網絡。當節點之間的距離很大時，使用星型拓撲是困難的，並且會導致電纜的過度消耗。

多線纖維環的優點是缺乏單一失效點。冗餘光纖連線提供高可用性和可靠性。在一條光纖連線損壞的情況下，將使用備用通道。通過使用不同的地理路由可以追蹤圓圈節點之間的不同纖維線路。

環的節點，即光纖交換機/路由器，使用星形網絡拓撲連接到網絡段的交換機/路由器。該連接對於構建局域網具有優勢。如果環和星形使用不同類型的電纜和網絡設備，則使用光纖媒體轉換器將與光纖電纜和相關連接器兼容的交換機/路由器連接到用適當連接器壓製的銅電纜兼容的交換機/路由器。

電纜類型

電纜是物理網絡拓撲的重要組件。網絡拓撲、電纜和其他網絡設備的選擇將影響網絡安裝的速度和整體成本。在給出不同類型網絡拓撲的真實示例時，博客文章提到了不同類型的電纜。讓我們看一下本博客文章中解釋的不同類型網絡拓撲的最常用電纜，以更好地理解物理拓撲。

同軸電纜

同軸電纜由中央銅線作為內導體組成。不同的電纜模型中可以使用固體銅或多條細銅絲作為中央導體。這個內導體被一層絕緣層包裹以保護核心線。絕緣層被導電鋁箔和編織銅屏蔽層包圍。外層是聚合物絕緣層，通常是黑色或白色。

RG-58是一種常見的同軸電纜版本，具有50歐姆的阻抗。這種電纜也被稱為10Base2 Thinnet電纜。名稱中的RG代表“射頻導向”。其他例子包括RG-6、RG-8、RG-59。現在，同軸電纜用於將Wi-Fi天線連接到適當的網絡設備（5D-FB、8D-FB、LMR-400電纜類型）。

雙絞線

雙絞線電纜由於使用簡單、帶寬高和價格實惠而被廣泛用於網絡。兩條獨立的絕緣銅線（直徑約1mm）被扭在一起形成一對。不同的電纜類型和類別使用一到四對。扭轉的原因是為了降低噪音信號。雙絞線被外部絕緣屏蔽層覆蓋，以保護電纜免受機械損壞。主要有三種類型的雙絞線電纜：UTP、FTP和STP。

UTP（無屏蔽雙絞線）是一種由電線和絕緣層組成的電纜。

FTP（Foil screened Twisted Pair）或 F/UTP 是一種電纜，其中所有雙絞線都被金屬屏蔽（鋁箔）覆蓋。電纜內還包括一根直徑小於 1 毫米的額外單根線。因此，如果使用適當的連接器，FTP 電纜支持接地。各個雙絞線未屏蔽。

STP（Shielded Twisted Pair）包含織製的金屬屏蔽環繞著雙絞線。每個雙絞線都用鋁箔屏蔽。整個電纜堅硬，並且更難扭曲（電纜彎曲性不如 FTP 和 UTP 高）。STP 電纜能更好地防止電磁噪音和機械損壞。

現在通常使用類別 5e 或更高的電纜來安裝網絡。類別越高，數據傳輸速率越高（100MHz、250MHz、500MHz），並且支持數據傳輸速度。您可以使用同一類別的 FTP 或 STP 電纜來代替 UTP 電纜。UTP Cat.3 只有兩個雙絞線。UTP Cat.5 和更高的有 4 個雙絞線。電纜壓接易於操作，任何有電纜壓接工具的人都可以完成。

光纖電纜

光纖電纜提供最低延遲，並且使用一個電纜段覆蓋更長的距離（無需中繼器）。光纖電纜薄而且由兩層玻璃組成。核心玻璃層是一種純玻璃，用於光信號的長距離傳導。包覆層是包圍核心的玻璃層，其折射率比核心低。這項技術基於全內反射原理。

單模光纖（SMF）電纜和多模光纖（MMF）電纜被使用。MMF電纜直徑較大，用於傳播多個光線（或模式），但適用於短距離。MMF電纜通常呈藍色。SMF電纜適用於長距離，呈黃色。常見連接器有SC、FC、LC和ST。

光纖電纜價格昂貴。與雙絞線電纜或同軸電纜的布線相比，光纖的焊接困難。插入光纜到交換機或路由器所需的收發器價格增加了開支。光纖端點應始終保持清潔，因為即使一粒灰塵也可能導致重大問題。

結論

本博客文章介紹了網絡拓撲，包括物理拓撲，邏輯拓撲以及在現實生活中使用它們的示例。如果您需要搭建局域網，請使用星型拓撲，這是當今最常見的網絡拓撲，或者樹型拓撲，這是星型拓撲的高度可擴展修改。環型和網狀拓撲主要由互聯網服務提供商、托管服務提供商在數據中心中使用。這些更難配置。各種網絡拓撲類型、網絡設備、標準和協議使您能夠根據您的需求在您的環境中安裝任何配置的網絡。

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