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拓扑结构

计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式,在 局域网中明确一点讲就是 文件服务器、 工作站和电缆等的连接形式。现在最主要的拓扑结构有 总线型拓扑、星形拓扑、 环形拓扑、树形拓扑(由总线型演变而来)以及它们的混合型。顾名思义,总线型其实就是将 文件服务器和工作站都连在称为总线的一条公共电缆上,且总线两端必须有终结器;星形拓扑则是以一台设备作为中央连接点,各工作站都与它直接相连形成星型;而 环形拓扑就是将所有站点彼此串行连接,像链子一样构成一个环形回路;把这三种最基本的拓扑结构混合起来运用自然就是混合型了!

计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法,把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点,把 传输介质抽象为一条线,由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。

网络的拓扑结构反映出网中各实体的结构关系,是建设计算机网络的第一步,是实现各种网络协议的基础,它对网络的性能,系统的可靠性与通信费用都有重大影响。

计算机网络的最主要的拓扑结构有 总线型拓扑、 环 形拓扑、 树 形拓扑、 星 形拓扑、混合型拓扑以及网状拓扑。其中 环形拓扑、星形拓扑、 总线型拓扑是三个最基本的拓扑结构。在 局域网中,使用最多的是星 形结构。

网络的拓扑结构: 网络拓扑结构是指抛开网络电缆的物理连接来讨论网络系统的连接形式,是指网络电缆构成的几何形状,它能从逻辑上表示出 网络服务器、 工作站的网络配置和互相之间的连接。 它分为 逻辑拓扑物理拓扑结构,这里讲物理拓扑结构。

多点连接的拓扑结构, 是将网络中的所有的设备通过相应的硬件接口直接连接在共同的传输介质上。总线拓扑结构使用一条所有PC都可访问的公共通道,每台PC只要连一条线缆即可。在 总线型拓扑结构中,所有网上微机都通过相应的硬件接口直接连在总线上, 任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输扩散,并且能被总线中任何一个结点所接收。由于其信息向四周传播,类似于广播电台,故 总线型网络也被称为 广播式网络。 总线有一定的负载能力,因此,总线长度有一定限制,一条总线也只能连接一定数量的结点。 最著名的总线拓扑结构是 以太网(Ethernet)。

总线布局的特点:结构简单灵活,非常便于扩充;可靠性高,网络响应速度快;设备量少、价格低、安装使用方便;共享资源能力强,非常便于广播式工作,即一个结点发送所有结点都可接收。

在总线两端连接的器件称为端结器(末端阻抗匹配器、或终止器),主要与 总线进行阻抗匹配,最大限度地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。

总线型网络结构是目前使用最广泛的结构,也是最传统的一种主流网络结构,适合于信息管理系统办公自动化系统领域的应用。

通信线路中,就是把每台PC连接起来,数据沿着环依次通过每台PC直接到达目的地,环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准,便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是单向也可是双向传输。信息在每台设备上的延时时间是固定的。 由于环线公用,一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口,信息流中目的地址与环上某结点地址相符时,信息被该结点的环路接口所接收,而后信息继续流向下一环路接口,一直流回到发送该信息的环路接口结点为止。 特别适合实时控制的 局域网系统。 在环行结构中每台PC都与另两台PC相连每台PC的接口适配器必须接收数据再传往另一台。因为两台PC之间都有电缆,所以能获得好的性能。 最著名的环形拓扑结构网络是 令牌环网(Token Ring)。

总线拓扑演变而来,形状像一棵倒置的树,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可再带子分支。 它是 总线型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路,树形网是一种分层网,其结构可以对称,联系固定,具有一定容错能力,一般一个分支和结点的 故障不影响另一分支结点的工作,任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质,也是 广播式网络。一般树形网上的链路相对具有一定的专用性,无须对原网做任何改动就可以扩充 工作站。 它是一种 层次结构,结点按层次连结,信息交换主要在上下结点之间进行,相邻结点或 同层结点之间一般不进行数据交换。把整个电缆连接成树型,树枝分层每个分至点都有一台计算机,数据依次往下传优点是布局灵活但是 故障检测较为复杂,PC环不会影响全局。

同轴电缆作连接线路。在中心放一台中心计算机,每个臂的端点放置一台PC,所有的 数据包及 报文通过中心计算机来通信,除了中心机外每台PC仅有一条连接,这种结构需要大量的电缆, 星形拓扑可以看成一层的树形结构,不需要多层PC的访问权争用。星形拓扑结构在 网络布线中较为常见。

以星形拓扑结构组网,其中任何两个站点要进行通信都要经过中央结点控制。中央节点的主要功能有:为需要通信的设备建立物理连接;为两台设备通信过程中维持这一通路;在完成通信或不成功时,拆除通道。

文件服务器/工作站(File Servers/Workstation) 局域网模式中,中心点为文件服务器,存放共享资源。由于这种拓扑结构,中心点与多台工作站相连,为便于集中连线,目前多采用集线器(HUB)。

中继器将多个设备连接起来,而 桥接器路由器及 网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同,主要有三种网际拓扑。

(1)网状网:在一个大的区域内,用 无线电通信连路连接一个大型网络时,网状网是最好的拓扑结构。通过 路由器与路由器相连,可让网络选择一条最快的路径传送数据。

(2) 主干网环型拓扑结构,这种网通常采用光纤做主干线。

(3)星状相连网:利用一些叫做超级 集线器的设备将网络连接起来,由于星型结构的特点,网络中任一处的故障都可容易查找并修复。

应该指出,在实际组网中,为了符合不同的要求,拓扑结构不一定是单一的,往往都是几种结构的混用。

计算机网络拓扑结构特点。

(1)总线型拓扑结构是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上,结点之间按广播方式通信,一个结点发出的信息,总线上的其它结点均可“收听”到。 优 点:结构简单、布线容易、可靠性较高,易于扩充,是 局域网常采用的拓扑结构。缺点:所有的数据都需经过 总线传送,总线成为整个网络的瓶颈;出现故障诊断较为困难。最著名的总线拓扑结构是 以太网(Ethernet)。

(2)星形拓扑结构的每个节点都由一条单独的通信线路与中心节点连结。 优点:结构简单、容易实现、便于管理,连接点的故障容易监测和排除。缺点:中心节点是全网络的可靠瓶颈,中心节点出现故障会导致网络的 瘫痪。

(3)环形拓扑结构各结点通过通信线路组成闭合回路,环中数据只能单向传输。 优点:结构简单,适合使用光纤,传输距离远, 传输延迟确定。缺点:环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈,任意结点出现故障都会造成网络 瘫痪,另外故障诊断也较困难。最著名的环形拓扑结构网络是 令牌环网(Token Ring)。

(4)树形拓扑结构是一种 层次结构,结点按层次连结,信息交换主要在上下结点之间进行,相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。优点:连结简单,维护方便,适用于汇集信息的应用要求。

(5) 网状拓扑结构又称作无规则结构,节点之间的联结是任意的,没有规律。

(6) 混合型拓扑结构就是两种或两种以上的拓扑结构同时使用。优点:可以对网络的基本拓扑取长补短。缺点:网络配置挂包那里难度大。

(7)蜂窝拓扑结构蜂窝拓扑结构是 无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质(微波、 卫星、红外线、无线发射台等)点到点和点到多点传输为特征,是一种 无线网,适用于城市网、校园网、企业网,更适合于移动通信。在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构,如总线型与星形混合、总线型与环形混合连接的网络。在 局域网中,使用最多的是星形结构。

1. 总线型拓扑结构

优点:

(1) 总线结构所需要的电缆数量少。

(2)总线结构简单,又是无源工作,有较高的可靠性。

(3)易于扩充,增加或减少用户比较方便。

(4)布线容易。

缺点:

(1)总线的传输距离有限,通信范围受到限制。

(2)故障诊断和隔离较困难。

(3)分布式协议不能保证信息的及时传送,不具有实时功能。

(4)所有的数据都需经过总线传送,总线成为整个网络的瓶颈。

(5)由于信道共享,连接的节点不宜过多,总线自身的 故障可以导致系统的崩溃。

(6)所有的PC不得不共享线缆,如果某一个节点出错,将影响整个网络。

2. 环形拓扑结构

优点:

(1)结构简单。

(2)增加或减少工作站时,仅需简单的连接操作。

(3)可使用光纤,传输距离远。

(4)电缆长度短。

(5) 传输延迟确定。

(6)信息在网络中沿固定方向流动,两个结点间仅有唯一的通路,大大简化了 路径选择的控制。

(7)某个结点发生故障时,可以自动旁路,可靠性较高。

缺点:

(1)环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈,任意结点出现故障都会造成网络瘫痪。

(2)故障检测困难。

(3)环形拓扑结构的 媒体访问控制协议都采用令牌传达室递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低。

(4)由于信息是串行穿过多个结点环路接口,当结点过多时,影响 传输效率,使网络响应时间变长; (5)由于环路封闭故扩充不方便。

3. 树形拓扑结构 集线器作为中央节点,便于维护和管理。

(1)集中控制,控制简单。

(2)故障诊断和隔离容易。

(3)方便服务。

(4)网络延迟时间短,误码率低。

缺点:

(1)电缆长度和安装工作量可观。

(2)中央 节点的负担较重,形成瓶颈。 中心结点出现故障会导致网络的 瘫痪。

(3)各站点的 分布处理能力较低。

(4) 网络共享能力较差,通信线路利用率不高。

5.网状拓扑结构

优点:

系统可靠性高,比较容易扩展,但是结构复杂,每一结点都与多点进行连结,因此必须采用路由算法和流量控制方法。目前广域网基本上采用网状拓扑结构。

6.混合型拓扑结构

优点:

可以对网络的基本拓扑取长补短。

缺点:

网络配置挂包那里难度大。

7. 蜂窝拓扑结构

优点:

无需架设物理连接介质。

缺点:

适用范围较小。

随着 PWM技术的不断发展和完善,开关 电源以其高的性价比得到了广泛的应用。开关电源的 电路拓扑结构很多,常用的电路拓扑有推挽、全桥、 半桥、单端正激和单端反激等形式。其中, 在 半桥电路中,变压器初级在整个周期中都流过 电流,磁芯利用充分,且没有偏磁的问题,所使用的功率开关管耐压要求较低,开关管的饱和压降减少到了最小,对输入滤波电容使用电压要求也较低。由于以上诸多原因, 半桥式变换器在高频开关 电源设计中得到广泛的应用。

开关 电源常用的基本拓扑约有14种,每种拓扑都有其自身的特点和适用场合。一些拓扑适用于离线式(电网供电的)AC/DC变换

器。其中有些适合小功率输出(<200W),有些适合大功率输出;有些适合高压输入(≥220V AC),有些适合120V AC或者更低输入的场合;有些在高压直流输出(>~200V)或者多组(4~5组以上)输出场合有的优势;有些在相同输出功率下使用器件较少或是在器件数与可靠性之间有较好的折中。较小的输入/输出纹波和噪声也是选择拓扑经常考虑的因素。

一些拓扑更适用于DC/DC变换器。选择时还要看是大功率还是小功率,高压输出还是低压输出,以及是否要求器件尽量少等。另外,有些拓扑自身有缺陷,需要附加复杂且难以定量分析的 电路才能工作。

因此,要恰当选择拓扑,熟悉各种不同拓扑的优缺点及适用范围是非常重要的。错误的选择会使 电源设计一开始就注定失败。

开关电源常用拓扑:buck开关型调整器拓扑 、boost开关调整器拓扑 、 反极性开关调整器拓扑 、推挽拓扑 、正激变换器拓扑 、双端正激变换器拓扑 、交错正激变换器拓扑 、 半桥变换器拓扑 、全桥变换器拓扑 、反激变换器 、 电流模式拓扑和电流馈电拓扑 、SCR振谐拓扑 、CUK变换器拓扑

开关 电源各种拓扑集锦先给出六种基本DC/DC变换器拓扑,依次为buck、boost、buck-boost、cuk、zeta、sepic变换器。

树形拓扑的缺点:各个节点对根的依赖性太大。


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