更新时间：2023-03-21 16:56
网络拓扑结构就是指用传输媒体把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局，是指互连过程中构成的几何形状，它能表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。网络拓扑结构可按形状分类，分别有：星型、环型、总线型、树型、总线/星型和网状型拓扑结构。
网络拓扑结构是指把网络电缆等各种传输媒体的物理连接等物理布局特征，通过借用几何学中的点与线这两种最基本的图形元素描述，抽象地来讨论网络系统中各个端点相互连接的方法、形式与几何形状，可表示出网络服务器、工作站、网络设备的网络配置和相互之间的连接。它的结构主要有总线型结构、星型结构、环型结构、树型结构、网状结构。
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的一种研究方式。在进行计算机网络拓扑结构设计的过程中，通过对网络节点进行有效控制，对节点与线的连接形式进行有效选取，已经成为合理计算机网络拓扑结构构建的关键。设计人员对计算机网络拓扑结构进行有效选择，可以在很大程度上促进当前网络体系的运行效果，从根本上改善技术性能的可靠性、安全性。
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在不同规模和不同层次都表现着优先生长和优先连接的特性，本质上趋于类似，所以，拓扑结构构件模型就像层次化的选举过程。具体形成机制如图1所示。
网络拓扑结构形成过程中，首先假定某平面中布置着许多个节点，同时存在着一个均匀走动的离散的时钟，通过这个时钟将每个节点进入网络的时间记录下来，记录下来的时间都是随机分布的。每一个节点在进入网络时刻的前后所要采取的行为就是接收信息或者消息和发送对已收信息的响应。这些收发信息中设置了优先度和传达范围，它们将对信息的辐射范围产生着最为直接的影响。所有的节点在接收信息之后一般是依据信息源的优先度来设计优先度的，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。根据这种模式进行不断的发展，最后将会产生图1的图形结果。在整个拓扑网络形成过程中，首先要经历图1中（a）的初始阶段，在网络形成初始阶段，只有非常小一部分节点参与活动，所接收的和发送的信息范围还非常小，它们仅仅只能跟周边的节点进行通信或者是连接。而随着网络的不断发展，节点度在不断扩大，每一个节点所收发的信息范围越来越大，所形成的连接也将越来越大和越来越多，网络此时正在对外大肆扩展。在小局域网中胜出的一些节点将参与更大范围的连接和竞争，从而形成较大的局域网，最后发展成更大的城域网和广域网。持续这样下去最后便形成聚集中心，如上面图1中的(b)和(c)。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。
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。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。
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2所示。
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首尾连接，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3所示。
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图4所示。
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5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。
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。网型拓扑结构如图6所示。
总线拓扑结构的特点主要有：
（1）结构简单，数据入网灵活，便于扩充；
（2）不需要中央结点，不会因为一个结点的故障 而影响其他结点数据的传输，故可靠性高，网络响应速度快；
（3）所需外围设备少、电缆或其他连接媒体相对价格低，安装也很方便；
（4）由于发送信息的方式采用的是广播式的工作方式， 所以共享资源能力强。 为了解决干扰问题，我们在总线两端连接端结器， 主要为了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时产生不必要的干扰。
星型拓扑结构具有以下特点：
（1）网络结构相对简单，集中控制易于维护，容易实现组网；
（2）网络延迟时间短，传输误码率低；
（3）网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重；
（4）可同时连双绞线、 同轴电缆及光纤等多种媒介。
环形网的特点是：
（1）信息依靠两个相邻的环路接口沿固定方向传送；
（2）某个结点都有自举控制的功能；
（3）由于信息会经过环路上的所有环路接口，当环路过多时就会影响数据传输效率，网络响应时间变长；
（4）一环扣一环的连接方式会让其中一个环路接口的故障造成整个网络的瘫痪，增加维护难度；
（5）由于环路是封闭的，所以扩充不方便。 环形网也是微机局域网常用拓扑结构之一，适合信息处理系统和工厂自动化系统。1985 年IBM公司推出的令牌环形网是其典范。在FDDI 得以应用推广后，这种结构也广泛得到采用。
树枝分层每个分支点都有一台计算机（如图7）。树形网采用分层控制，沿着这棵树的结构可以很迅速地找到相应的分支和结点路径进行信息广播。树形拓扑结构具有一些优势。 具有布局灵活，可扩展性好的特点，而且其容错能力较强，当叶结点出现故障时，不会影响其他分支结，这一优点为工作提供了不少便利。
但还是明白的是：除了叶节点及其相连的线 路外， 其他部分的工作还是会受影响的。
前面的几种网络拓扑结构主要用于构建小型的局域网性质的网络， 当面对一些大型网络的构建时， 一般采用的就是网状拓扑结构了。同样，网状拓扑结构也是一种组合型拓扑结构，它是将多个利用前面介绍的拓扑结构组成的子网或局域网连接起来而构成。网状拓扑结构一般用于 Internet 骨干网上，使用路由算法发送数据的最佳路径。但在实际应用中，是根据具体需要，几种拓扑结构综合使用。