網路拓撲

網路拓撲

網路拓撲(Network Topology)結構是指用傳輸介質互連各種設備的物理布局。指構成網路的成員間特定的物理的即真實的、或者邏輯的即虛擬的排列方式。如果兩個網路的連線結構相同我們就說它們的網路拓撲相同,儘管它們各自內部的物理接線、節點間距離可能會有不同。網路拓撲系統管理員非常重視的模組,可以說是系統管理員所有信息的入口,通過摩卡軟體的網路拓撲,系統管理員可以查看所有主機、網路、套用等所有IT監控的資源。摩卡網路管理模組的優勢在於其靈活性,不僅對不支持的設備支持提供靈活的接口,也支持自定義網路拓撲圖和拓撲元素,自定義背板和圖表,自定義管理元素和機房設施,自定義機房的機架圖等,這一切,都可以與實際的網路設備相關聯。

基本概念

網路拓撲網路拓撲

圖1a是一個電網路示例,它的結構可用圖1b的線圖表示。圖2的線圖表示一個交通網路,它描述連線各個區域的路徑。構成線圖的兩種元素是節點和支路。如果線圖中的每個支路都規定了方向,則稱為有向圖(圖1b),否則稱為無向圖(圖2)。

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任意兩個節點之間至少有一條路徑的線圖稱為連通圖。線上圖中抽出部分節點和支路組成的圖稱為該線圖的子圖(真子圖)。

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具有n個節點和b條支路的線圖中包含n個節點,但不包含迴路的連通子圖稱為線圖的“樹”(生成樹)。線圖中屬於這個樹的支路稱為樹支,不屬於這個樹的支路稱為連支。樹支恰有n-1條,因此連支有b-n+1條。圖3中表示出圖1b的線圖的一些樹。任選線圖中的一棵樹,給樹每增添一條連支就構成一個只包含該連支的迴路,稱為基本迴路。這樣可構成 b-n+1個基本迴路組。因為每個基本迴路包含了一個其他基本迴路所沒有的支路,這組迴路是獨立的。基本迴路的數目和樹支的數目與基爾霍夫定律(電壓定律和電流定律)方程式中獨立變數的數目有關。

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線圖的矩陣表示利用矩陣可以描述線圖的節點和支路的相互關係。若將線圖的節點和支路分別編號為v1,v2,…,vn和 e1,e2,…,eb,則有向圖的節點一支路關聯矩陣Aa的定義是一個n×b矩陣【aij】n×b,其中

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這樣,圖1b的關聯矩陣就是

網路拓撲網路拓撲

還可用矩陣描述迴路和支路的關係,如果把線圖的各個迴路編號,並任選迴路的方向,就可定義迴路矩陣Ba為一個c×b階矩陣【bij】c×b,這裡c是迴路的總數。

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圖4標出了線圖的全部7個迴路,它的迴路矩陣為

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關聯矩陣和迴路矩陣具有許多有意義的性質。理論分析表明,關聯矩陣Aa中有n-1行是線性獨立的,因而只須考慮划去 Aa中任一行後的關聯子矩陣A。迴路矩陣Ba中有b-n+1行是獨立的,因而只須考慮Ba中b-n+1個獨立行構成的子矩陣B。在所給的例子中,例如只考慮由c1、c2和c3三行組成的子矩陣即可。

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如果同一個線圖的關聯矩陣和迴路矩陣的列按相同邊的次序排列,則有下列關係

描述線圖的矩陣還有許多種。例如,割集矩陣、鄰接矩陣等。這些矩陣統稱為拓撲矩陣。

電網路方程式利用上述的拓撲矩陣可以系統地把基本的電路定律表達出來。為此,按網路的節點和支路的編號順序把電路中的各支路電流、支路電壓和節點電壓排成矢量,記為Ib、Ub和 Un。可把基爾霍夫電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)表達為

AaIb=0(KCL)

BaUb=0(KVL)

以上兩式都不是彼此獨立的,所以可以改用

AIb=0

BUb=0

這樣總共有(n-1)+(b-n+1)=b個獨立方程,另外按各支路所含元件的性質,參數還可列出b個支路電流和電壓的關係式,就可解出電路的2b個支路電流和支路電壓。

節點電壓矢量和支路電壓矢量之間有如下關係

AUn=U6所以可把電網路的各支路導納排列成b×b階(對角)陣(稱為支路導納Yb)。可以證明,線性電路問題的求解歸結為求解下列方程式

(AYbA)Un=Jn

網路拓撲網路拓撲

式中Jn是注入各個節點的等效獨立電流源組成的矢量; AYbA

Yn

稱為節點導納矩陣。這種形式適於計算機輔助分析。把網路結構數據和元件的性質、參數輸入計算機,計算機就能自動地建立節點導納矩陣Yn和等效獨立電流源矢量Jn,根據節點方程式YnUn=Jn,求解Un=YnJn,可求解得Un。由Ub=AUn可求出各支路電壓。

電網路的拓撲分析根據電網路的線圖和網路中元件參數可以直接得出表示物理量關係的網路函式。J.C.麥克斯韋曾指出,RLC網路的節點導納矩陣行列式detYn等於網路線圖的全部樹的樹支導納乘積之和。於是對detYn的計算就可轉化為列舉出線圖中的全部樹,並計算全部樹支導納乘積之和。類似的方法也能用於計算detYn的代數餘子式。因此,網路函式可以用列舉樹的方法求得。這種方法稱之為樹枚舉法或K-樹法,已推廣到用來求解包括受控源、變壓器等元件的電路問題。

另一類拓撲方法是把電流、電壓等物理量之間的代數關係用線圖表示出來,再根據線圖的簡化規則或公式得出各種函式,其中典型的方法是信號流圖法。拓撲分析方法使得對電路問題的求解轉化為藉助計算機來尋找線圖的樹、迴路、路徑等。但是,隨著電路節點數和支路數的增加,對應線圖中樹和迴路數目將急驟增加,因而不宜用這種方法分析規模較大的電路。

分類

星型結構

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星型結構是指各工作站以星型方式連線成網。網路有中央節點,其他節點(工作站、伺服器)都與中央

節點直接相連,這種結構以中央節點為中心,因此又稱為集中式網路。它具有如下特點:結構簡單,便於管理;控制簡單,便於建網;網路延遲時間較小,傳輸誤差較低。但缺點也是明顯的:成本高、可靠性較低、資源共享能力也較差。

星形拓撲結構的主要優點有:

1.結構簡單,容易管理維護;

2.重新配置靈活;

3.方便故障檢測與隔離;

4.控制簡單,便於建網;

5.網路延遲時間較小,傳輸誤差較低;

星形拓撲結構的主要缺點有:

1.成本高、可靠性較低;

環型結構

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環型結構由網路中若干節點通過點到點的鏈路首尾相連形成一個閉合的環,這種結構使公共傳輸電纜組成環型連線,數據在環路中沿著一個方向在各個節點間傳輸,信息從一個節點傳到另一個節點。

環型結構具有如下特點:信息流在網中是沿著固定方向流動的,兩個節點僅有一條道路,故簡化了路徑選擇的控制;環路上各節點都是自舉控制,故控制軟體簡單;由於信息源在環路中是串列地穿過各個節點,當環中節點過多時,勢必影響信息傳輸速率,使網路的回響時間延長;環路是封閉的,不便於擴充;可靠性低,一個節點故障,將會造成全網癱瘓;維護難,對分支節點故障定位較難。

環狀拓撲的優缺點是:優點是由於每個節點都同時與兩個方向的各一個節點相連線,此路不通彼路通,因此環狀拓撲具有天然的容錯性。缺點是由於存在來自兩個方向的數據流,因此必須對這兩個方向加以區分,或者進行限制,以避免無法區分的冗餘數據流對正常通信的干擾。管理和維護比較複雜。

匯流排型結構

網路拓撲網路拓撲

匯流排結構是指各工作站和伺服器均掛在一條匯流排上,各工作站地位平等,無中心節點控制,公用匯流排上的信息多以基帶形式串列傳遞,其傳遞方向總是從傳送信息的節點開始向兩端擴散,如同廣播電台發射的信息一樣,因此又稱廣播式計算機網路。各節點在接受信息時都進行地址檢查,看是否與自己的工作站地址相符,相符則接收網上的信息。

匯流排型結構的網路特點如下:結構簡單,可擴充性好。當需要增加節點時,只需要在匯流排上增加一個分支接口便可與分支節點相連,當匯流排負載不允許時還可以擴充匯流排;使用的電纜少,且安裝容易;使用的設備相對簡單,可靠性高;維護難,分支節點故障查找難。

匯流排拓撲的優缺點是:優點是結構簡單,可擴充性好。缺點是維護難、單點的結構可能會影響全網路。

混合拓撲結構

混合拓撲結構混合拓撲結構

混合拓撲結構是由星型結構或環型結構和匯流排型結構結合

在一起的網路結構,這樣的拓撲結構更能滿足較大網路的拓展,解決星型網路在傳輸距離上的局限,而同時又解決了匯流排型網路在連線用戶數量上的限制。

混合拓撲的優點:套用相當廣泛,它解決了星型和匯流排型拓撲結構的不足,滿足了大公司組網的實際需求。擴展相當靈活。速度較快:因為其骨幹網採用高速的同軸電纜或光纜,所以整個網路在速度上應不受太多的限制。缺點是:由於仍採用廣播式的訊息傳送方式,所以在匯流排長度和節點數量上也會受到限制。同樣具有匯流排型網路結構的網路速率會隨著用戶的增多而下降的弱點。較難維護,這主要受到匯流排型網路拓撲結構的制約,如果匯流排斷,則整個網路也就癱瘓了。

分散式結構

分散式結構的網路是將分布在不同地點的計算機通過線路互連起來的一種網路形式,分散式結構的網路具有如下特點:由於採用分散控制,即使整個網路中的某個局部出現故障,也不會影響全網的操作,因而具有很高的可靠性;網中的路徑選擇最短路徑算法,故網上延遲時間少,傳輸速率高,但控制複雜;各個節點間均可以直接建立數據鏈路,信息流程最短;便於全網範圍內的資源共享。缺點為連線線路用電纜長,造價高;網路管理軟體複雜;報文分組交換、路徑選擇、流向控制複雜;在一般區域網路中不採用這種結構。

樹型結構

樹型結構是分級的集中控制式網路,與星型相比,它的通信線路總長度短,成本較低,節點易於擴充,尋找路徑比較方便,但除了葉節點及其相連的線路外,任一節點或其相連的線路故障都會使系統受到影響。

樹狀拓撲的優點是:易於擴展;易於隔離故障。

網狀拓撲結構

網路拓撲網路拓撲

在網狀拓撲結構中,網路的每台設備之間均有點到點的鏈路連線,這種連線不經濟,只有每個站點都要頻繁傳送信息時才使用這種方法。它的安裝也複雜,但系統可靠性高,容錯能力強。有時也稱為分散式結構。

蜂窩拓撲結構

蜂窩拓撲結構是無線區域網路中常用的結構。它以無線傳輸介質(微波、衛星、紅外等)點到點和多點傳輸為特徵,是一種無線網,適用於城市網、校園網、企業網。

在計算機網路中還有其他類型的拓撲結構,如匯流排型與星型混合。匯流排型與環型混合連線的網路。在區域網路中,使用最多的是匯流排型和星型結構。

存在優勢

   網路拓撲  網路拓撲

B/S結構:支持B/S結構,無需安裝客戶端軟體,使套用更廣泛。

管理拓撲:可以依據用戶網路規劃的意圖,創建管理拓撲,將其套用到自動拓撲中,使自動拓撲變得更具有管理意義。

支持從交換機、路由器、防火牆、三層交換機、內容交換機、網閘、安全設備IDS等不同功能的網路設備,支持思科、華為、北電、港灣、華三等各個主流廠商的網路設備。並且,系統中提供靈活的接口,可對一些偏僻、少見的網路設備提供支持。

獨有的發現引擎

獨有的搜尋發現引擎,具備強大的發現網路設備的能力和拓撲繪製功能,發現整個網路的拓撲結構和設備的接口信息等。這一切的前提僅僅是輸入一台網路設備的IP位址,實現了真正的自動化網路發現。

同時支持物理和邏輯網路拓撲

網路拓撲網路拓撲

同時支持物理的網路拓撲和邏輯的網路拓撲,發現引擎在發現網路的同時,同時繪製物理的網路拓撲和邏輯的網路拓撲。

強大的定製功能

摩卡網路管理模組的優勢在於其靈活性,不僅對不支持的設備支持提供靈活的接口,也支持自定義網路拓撲圖和拓撲元素,自定義背板和圖表,自定義管理元素和機房設施,自定義機房的機架圖等,這一切,都可以與實際的網路設備相關聯。

監控的信息入口

網路拓撲系統管理員非常重視的模組,可以說是系統管理員所有信息的入口,通過摩卡軟體的網路拓撲,系統管理員可以查看所有主機、網路、套用等所有IT監控的資源。

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