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3.1.2 环型结构

2007-07-13 18:23 王达 电子工业出版社 字号:T | T
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本章主要将介绍以上各种主要网络拓扑结构,以及网络拓扑结构的绘制、不同规模的企业局域网拓扑结构设计思路和典型的广域网接入方式的拓扑结构设计方法。本节是环型结构。

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3.1.2  环型结构
环型拓扑结构在20世纪90年代计算机网络刚开始进入国内时,在企业局域网中应用还非常普遍,因为那时大多数企业网络都非常小,只是一些关键部门才用得上局域网,并不是所有部门都组建了网络。目前这一网络结构形式已基本不用了,因为它的传输速率最高只有16Mbps,扩展性能又不好,早已被性能远远超过的星型结构双绞线以太网替代了。
1.环型网络结构概述
环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电缆(也可以是光纤)作为传输介质的令牌网中,是由连接成封闭回路的网络节点组成的。如图3-4所示的是一个典型的环型网络。

图3-4  环型结构网络示例
 图3-4中所示只是一种示意图,实际这种拓扑结构的网络不会是所有计算机真的要连接成物理上的环形,可以是任意形状,如直线形、半环形等。这里所说的“环”是从电气性能上来讲的,“环”的形成并不是通过电缆两端的直接连接形成的,而是通过在环的电缆两端加装一个阻抗匹配器来实现环的。
这种网络中的每一节点是通过环中继转发器(RPU)与它左右相邻的节点串行连接,在传输介质环的两端各加上一个阻抗匹配器就形成了一个封闭的环路,这样在逻辑上就相当于形成了一个封闭的环路,“环型”结构的命名起因就在于此。在细同轴电缆环型网中的中继器是一个BNC接头(如图3-5所示)。

图3-5  BNC中继转发器

2.令牌环网工作原理
环型网络的一个典型代表是采用同轴电缆作为传输介质的IEEE 802.5的令牌环网(Token ring network)。目前也有用光纤作为传输介质的环型网,大大提高了环型网的性能。令牌环网络结构最早由IBM推出,最初的同轴电缆令牌网传输速率为4Mbps 或16Mbps,较当时只有2Mbps的以太网性能高出好几倍,所以在当时得到了广泛的应用。但随着以太网技术的跳跃式发展,令牌环网络技术性能就显得不能适应时代的要求,逐渐被淘汰出局了。
在这种令牌环网络中,RPU(转发器)从其中的一个环段(称为“上行链路”)上获取帧中的每个位信号,再生(整形和放大)并转发到另一环段(称为“下行链路”)。如果帧中宿(目的)地址与本节点地址一致,复制MAC帧,并送给附接本RPU的节点。在这种网络中,MAC帧会无止境地在环路中再生和转发,由发送节点完成。其中有专门的环监控器,监视和维护环路的工作。RPU负责网段的连接、信息的复制、再生和转发、环监控等。一旦RPU出现故障就可导致网络瘫痪。
在令牌环网络中,拥有“令牌”的设备才允许在网络中传输数据。这样可以保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。在环型网络中信息流只能是单方向的,每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环型网络中传输一圈,最后由发送站进行回收。当信息包经过目的站时,目的站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站,并把该信息拷贝到自己的接收缓冲区中。环路上的传输介质是各个计算机公用的,一台计算机发送信息时必须经过环路的全部接口。只有当传送信息的目标地址与环路上某台计算机的地址相符合时,才被该计算机的环接口所接受,否则,信息传至下一个计算机的环接口。
以上是数据的接收方式,在数据的发送方面,为了决定环上的哪个站可以发送信息,在这种网络中,平时在环上流通着一个叫令牌的特殊信息包,只有得到令牌的站才可以发送信息,当一个站发送完信息后就把令牌向下传送,以便下游的站点可以得到发送信息的机会。
环型网络的访问控制一般是分散式的管理,在物理上环型网络本身就是一个环,因此它适合采用令牌环访问控制方法。有时也有集中式管理,这时就得有专门的设备负责访问控制管理。而环型网络中的各个计算机发送信息时都必须经过环路的全部环接口,如果一个环接口程序故障,整个网络就会瘫痪,所以对环接口的要求比较高。为了提高可靠性,当一个接口出现故障时,采用环旁通的办法。
3.环型结构的主要优缺点
环型结构网络的主要优点体现在以下几个方面。
(1)网络路径选择和网络组建简单
在这种结构网络中,信息在环型网络中流动是一个特定的方向,每两个计算机之间只有一个通路,简化了路径的选择,路径选择效率非常高。同样因为这样,这类网络的组建就相当简单。
(2)投资成本低
这主要体现在两个方面:一方面是线材的成本非常低。在环型网络中各计算机连接在同一条传输电缆上,所以它的传输电缆成本就非常低,电缆利用率相当高,节省了投资成本;另一方面,由于这种网络中没有任何其他专用网络设备,所以无须花费任何投资购买网络设备。
尽管有以上两个看似非常诱人的优点,但环型网络的缺点仍是主要的,这也是它最终被淘汰出局的根本原因。环型结构网络的主要缺点体现在以下几个方面。
(1)传输速度慢
这是它最终不能得到发展和用户认可的最根本原因。虽然说在出现时较当时的10Mbps以太网,在速度上有一定优势(因为它可以实现16Mbps的接入速率),但由于这种网络技术后来一直没有任何发展,速度仍在原来水平,相对现在最高可达到10Gbps的以太网来说,它实在是太落后了,连无线局域网的传输速度都远远超过了它。这么低的连接性能决定了它只能承受被淘汰的局面,所以目前这种网络结构技术可能只在实验室中可以见到。
(2)连接用户数非常少
在这种环型结构中,各用户是相互串联在一条传输电缆上的,本来传输速率就非常低,再加上共享传输介质,各用户实际可能分配到的带宽就非常低了,而且还没有任何中继设备,所以这种网络结构可连接的用户数就非常少,通常只是几个用户,最多不超过20个。
(3)传输效率低
因为这种环型网络共享一条传输介质,每发送一个令牌数据都要在整个环状网络中从头走到尾,哪怕是已有节点接受了数据。在有节点接受数据后,也只是复制了令牌数据,令牌还将继续传递,看是否还有其他节点需要同样一份数据,直到回到发送数据的节点。这样一来,传输速率本来就非常低的网络传输效率就更加低了。
(4)扩展性能差
因为是环型结构,且没有任何可用来扩展连接的设备,决定了它的扩展性能远不如星型结构的好。如果要新添加或移动节点,就必须中断整个网络,在适当位置切断网线,并在两端做好环中继器转发器才能连接。并且受网络传输性能的限制,这种网络连接的用户数非常有限,也不能随意扩展。
(5)维护困难
虽然在这种网络中只有一条传输电缆,看似结构也非常简单,但它仍是一个闭环,设备都连接在同一条串行连接的环路上,所以一旦某个节点出现了故障,整个网络将出现瘫痪。并且在这样一个串行结构中,要找到具体的故障点还是非常困难的,必须一个个节点排除,非常不便。另一方面因为同轴电缆所采用的是插针接触方式,也非常容易出现接触不良,造成网络中断,网络故障率非常高。笔者曾经就维护过这样一个小型企业网,虽然只有10多台计算机,但因分布在几栋建筑物中,几乎天天发生网络故障,有时一查就可能是几个小时。
综上所述,环型拓扑结构以太网性能太差,因为它利用的是IEEE 802.5令牌环标准,传输性能低、连接用户少、可扩展性差、维护困难等这些都是它致命的弱点,这也决定了它不能得以继续发展和应用的命运。这种网络在20世纪90年代中期以前还有些应用,主要应用于那些小型个体企业,连接的用户数一般是10多个。现在基本上不用了,即使只有几个用户,因为它的传输性能太差,16Mbps的传输速率远不能满足当前企业网络复杂应用的高带宽需求。再加上,现在组建一个10多个小型局域网的方案非常多,随便买一台二手的集线器或交换机都可以实现,而且现在无线局域网性能有了大幅提高,54Mbps主流速率也远比16Mbps高,网络成本上虽然可能有些高(毕竟环型网不用网络设备),但就目前的这些网络设备价格水平,根本不会影响用户的购买。所以,建议用户在新构建的网络系统中不要选用这种网络结构。
【责任编辑:雪花 TEL:(010)68476606-8007】

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