浅谈计算机网络拓扑结构及其应用

摘要：计算机网络的拓扑结构是指网络中包括计算机在内 的各种网络设备(如路由器、交换机等)实现网络互连所展 现出来的抽象连接方式。通过拓扑图表可以清晰的了解到整 个网络中各节点的线路连接情况以及整个网络的外貌结构。 该文通过对网络拓扑结构的概念和分类的分析，具体探讨了 网络拓扑的形成机制。

关键词：计算机网络；网络拓扑结构；拓扑形成机制 中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号： 1009-3044 (2012) 31-7441-03

计算机网络的拓扑结构是指网络中包括计算机在内的 各种网络设备(如路由器、交换机等)实现网络互连所展现 出来的抽象连接方式。计算机网络拓扑所关心的是这种连接 关系及其图表绘示，并不在意所连接计算机或设备的各种细 节。通过拓扑图表可以清晰的了解到整个网络中各节点的线 路连接情况以及整个网络的外貌结构。其中的节点主要是指 网络中连接的各种有源设备，比如计算机、路由器、打印机、 交换机等等，这些节点通过微波、线路、光纤、电话等介质 进行信息流的连接从而形成网络。因此，计算机网络拓扑结 构就是节点和链路所组成的。

1计算机网络拓扑结构的分类

计算机网络拓扑结构主要是计算机、路由器、打印机、 交换机等设备跟链路如光纤、线路等所构成的物理结构模 式，即节点跟链路的组合。计算机网络拓扑结构根据其连线 和节点的连接方式可分为以下几种类型：(1)总线型，(2) 环形，(3)星型，(4)树形，(5)网型。

1.1总线型结构

计算机网络拓扑结构中，总线型就是一根主干线连接多 个节点而形成的网络结构。在总线型网络结构中，网络信息 都是通过主干线传输到各个节点的。总线型结构的特点主要 在于它的简单灵活、构建方便、性能优良。其主要的缺点在 于总干线将对整个网络起决定作用，主干线的故障将引起整 个网络瘫痪。总线型的图形如图1所示：

1.2环型结构

计算机网络拓扑结构中，环型结构主要是各个节点之间 进行收尾连接，一个节点连接着一个节点而形成一个环路。 在环形网络拓扑结构中，网络信息的传输都是沿着一个方向 进行的，是单向的，并且，在每一个节点中，都需要装设一 个中继器，用来收发信息和对信息的扩大读取。环形网络拓 扑结构的主要特点在于它的建网简单、结构易构、便于管理。 而它的缺点主要表现为节点过多，传输效率不高，不便于扩 充。环形结构的图形如图2所示：

1.3星型结构

在计算机网络拓扑结构中，星型结构主要是指一个中央 节点周围连接着许多节点而组成的网络结构，其中中央节点 上必须安装一个集线器。所有的网络信息都是通过中央集线 器(节点)进行通信的，周围的节点将信息传输给中央集线 器，中央节点将所接收的信息进行处理加工从而传输给其他 的节点。星型网络拓扑结构的主要特点在于建网简单、结构 易构、便于管理等等。而它的缺点主要表现为中央节点负担 繁重，不利于扩充线路的利用效率。星型网络拓扑结构如 3所示：

1.4树型结构

在计算机网络拓扑结构中，树形网络结构主要是指各个 主机进行分层连接，其中处在越高的位置，此节点的可靠性 就越强。树形网络结构其实是总线性网络结构的复杂化，如 果总线型网络结构通过许多层集线器进行主机连接，从而形 成了树形网络结构，如图4所示。在互联网中，树形结构中 的不同层次的计算机或者是节点，它们的地位是不一样的， 树根部位(最高层)是主干网，相当于广域网的某节点，中 间节点所表示的应该是大局域网或者城域网，叶节点所对应 的就是最低的小局域网。树型结构中，所有节点中的两个节 点之间都不会产生回路，所有的通路都能进行双向传输。其 优点是成本较低、便于推广、灵活方便，比较适合那些分等 级的主次较强的层次型的网络。

1.5网形结构

在计算机网络拓扑结构中，网型结构是最复杂的网络形

式，它是指网络中任何一个节点都会连接着两条或者以上线 路，从而保持跟两个或者更多的节点相连。网型拓扑结构各 个节点跟许多条线路连接着，其可靠性和稳定性都比较强， 其将比较适用于广域网。同时由于其结构和联网比较复杂， 构建此网络所花费的成本也是比较大的。网型拓扑结构如 5所示：

2计算机网络拓扑结构的形成机制

随着计算机网络的发展，人们发现计算机网络拓扑结构 存在着节点度的幂律分布特点。节点度的幂律分布特点促使 了网络拓扑模型的巨大转变。越来越多的模型构建都是从幂 律规律中的优先连接和优先生长的特点入手，让那些比较符 合计算机拓扑性质的模型根据其中一些简单的演化规则自 动地产生、生长和连接。通过这种优先连接和优先生长的规 律不断地加入新节点。正是网络拓扑结构的这些特点，使得 网络的发展变得越来越复杂，其性能越来越可靠，从而也促 使了许多网络拓扑连接规则的出现，即网络拓扑结构形成机 制的构建。

正是因为计算机网络拓扑结构