计算机网络拓扑(Computer Network Topology)是指由计算机组成的网络之间设备的分布情况以及连接状态.把它两画在图上就成了拓朴图.一般在图上要标明设备所处的位置,设备的名称类型,以及设备间的连接介质类型.它分为物理拓朴和逻辑拓朴两种。
一、计算机网络拓扑结构
计算机网络的拓扑结构，即是指网上计算机或设备与传输媒介形成的结点与线的物理构成模式。网络的结点有两类：一类是转换和交换信息的转接结点，包括结点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问结点，包括计算机主机和终端等。线则代表各种传输媒介，包括有形的和无形的。
-
组成
每一种网络结构都由结点、链路和通路等几部分组成。
2、链路：两个结点间的连线，可分为物理链路和逻辑链路两种，前者指实际存在发通信线路，后者指在逻辑上起作用的网络通路。
3、通路：是指从发出信息的结点到接受信息的结点之间的一串结点和链路，即一系列穿越通信网络而建立起的结点到结点的链。
-
选择性
(1)可靠性。尽可能提高可靠性,以保证所有数据流能准确接收;还要考虑系统的可维护性,使故障检测和故障隔离较为方便。
(2)费用。建网时需考虑适合特定应用的信道费用和安装费用。
(3)灵活性。需要考虑系统在今后扩展或改动时,能容易地重新配置网络拓扑结构,能方便地处理原有站点的删除和新站点的加入。
(4)响应时间和吞吐量。要为用户提供尽可能短的响应时间和最大的吞吐量。
-
常见类型
二、具体类型
-
星型拓扑
星型拓扑
星型拓扑结构的优点
（1）结构简单，连接方便，管理和维护都相对容易，而且扩展性强。
（2）网络延迟时间较小，传输误差低。
（3）在同一网段内支持多种传输介质，除非*节点故障，否则网络不会轻易瘫痪。
（4）每个节点直接连到*节点，故障容易检测和隔离，可以很方便地排除有故障的节点。
因此，星型网络拓扑结构是目前应用最广泛的一种网络拓扑结构。
星型拓扑结构的缺点
（1）安装和维护的费用较高
（2）共享资源的能力较差
（3）一条通信线路只被该线路上的*节点和边缘节点使用，通信线路利用率不高
（4）对*节点要求相当高，一旦*节点出现故障，则整个网络将瘫痪。
星形拓扑结构广泛应用于网络的智能集中于*节点的场合。从目前的趋势看,计算机的发展已从集中的主机系统发展到大量功能很强的微型机和工作站，在这种形势下，传统的星形拓扑的使用会有所减少。
星型拓扑结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。同时星型拓扑结构的网络延迟时间较小，系统的可靠性较高。
在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个*节点（又称*转接站，一般是集线器或交换机）上，由该*节点向目的节点传送信息。*节点执行集中式通信控制策略，因此*节点相当复杂，负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过*节点控制。
现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用星型网，流行的专用小交换机PBX（Private Branch Exchange），即电话交换机就是星型网拓扑结构的典型实例。它在一个单位内为综合语音和数据工作站交换信息提供信道，还可以提供语音信箱和电话会议等业务，是局域网的一个重要分支。
在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过*节点控制。因此，*节点的主要功能有三项：当要求通信的站点发出通信请求后，控制器要检查*转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接；在两台设备通信过程中要维持这一通路；当通信完成或者不成功要求拆线时，*转接站应能拆除上述通道。
由于*节点要与多机连接，线路较多，为便于集中连线，目前多采用交换设备（交换机）的硬件作为*节点。[1]
集中式结构便于集中控制。同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构非常不利的是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
-
总线拓扑
因为所有站点共享一条公用的传输信道,所以一次只能由一个设备传输信号。通常采用分布式控制策略来确定哪个站点可以发送o发送时,发送站将报文分成分组,然后逐个依次发送这些分组,有时还要与其它站来的分组交替地在媒体上传输。当分组经过各站时,其中的目的站会识别到分组所携带的目的地址,然后复制下这些分组的内容。
总线拓扑结构的优点
(1)总线结构所需要的电缆数量少，线缆长度短，易于布线和维护。
(2)总线结构简单,又是元源工作,有较高的可靠性。传输速率高，可达1~100Mbps。
(3)易于扩充,增加或减少用户比较方便，结构简单，组网容易，网络扩展方便
(4)多个节点共用一条传输信道，信道利用率高。
总线拓扑的缺点
(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。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。
总线型
总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个结点上的网络接口板硬件均具有收、发功能，接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到PC工作站；发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上，总线上发送信息的目的地址与某结点的接口地址相符合时，该结点的接收器便接收信息。由于各个结点之间通过电缆直接连接，所以总线型拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的，但总线只有一定的负载能力，因此总线长度又有一定限制，一条总线只能连接一定数量的结点。
因为所有的结点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。需要某种形式的访问控制策略、来决定下一次哪一个站可以发送。通常采取分布式控制策略。发送时，发送站将报文分成分组；然后一次一个地依次发送这些分组。有时要与其它站来的分组交替地在介质上传输。当分组经过各站时，目的站将识别分组的地址，然后拷贝下这些分组的内容。这种拓扑结构减轻了网络通信处理的负担，它仅仅是一个无源的传输介质，而通信处理分布在各站点进行。
总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无*结点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的结点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各结点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。
使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问，英文缩写成CSMA/CD。
这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支结点故障查找难。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是LAN技术中使用最普遍的一种。
分布式
分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式。分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也
不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个结点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。
-
环形拓扑
环形拓扑
在环形拓扑中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何节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。由于环线公用，一个节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节点地址相符时，信息被该节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节点为止。环形拓扑的优点
(1)电缆长度短。环形拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星形拓扑网络要短得多。
(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。光纤的传输速率很高，十分适合于环形拓扑的单方向传输。
环形拓扑的缺点
(1)节点的故障会引起全网故障。这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障。
(2)故障检测困难。这与总线拓扑相似,因为不是集中控制,故障检测需在网上各个节点进行,因此就不很容易。
(3)环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低。
环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。
环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。[1]
令牌环传递是环形网络上传送数据的一种方法。令牌传递过程中，一个3字节的称为令牌的数据包绕这环从一个节点发送到另一个节点。如果环上的一台计算机需要发送信息，它将截取令牌数据包，加入控制和数据信息以及目标节点的地址，将令牌转变成一个数据帧；然后该计算机将该令牌继续传递到下一个节点。被转变的令牌，就以帧的形式绕着网络循环直到它到达预期的目标节点。目标节点接收该令牌并向发起节点返回一个验证消息。在发送节点接受到应答后，它将释放出一个新的空闲令牌并沿着环发送它。这种方法确保在任一给定时间仅仅只有一个工作站在发送数据。
一个简单环形拓扑结构的缺点是单个发生故障的工作站可能使整个网络瘫痪。除此之外，如同在一个总线拓扑结构中，参与令牌传递的工作站越多，响应时间也就越长。因此，单纯的环形拓扑结构非常不灵活或不易于扩展。
当前的局域网几乎不使用单纯的环形拓扑结构。而环形拓扑结构的一种改变形式，也称为星形环拓扑结构流行于某些类型的网络中。
-
树形拓扑
树形拓扑
树形拓扑的优点
(1)易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支,这些新节点和新分支都能容易地加入网内。
(2)故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将故障分支与整个系统隔离开来。
树形拓扑的缺点
各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。从这一点来看，树形拓扑结构的可靠性有点类似于星形拓扑结构。
-
混合形拓扑
混合型结构
混合形拓扑是将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑。
一种是星形拓扑和环形拓扑混合成的"星-环"拓扑，另一种是星形拓扑和总线拓扑混合成的"星-总"拓扑。
这两种混合型结构有相似之处，如果将总线拓扑的两个端点连在一起也就变成了环形拓扑。
在混合型拓扑结构中，汇聚层设备组成环型或总线型拓扑，汇聚层设备和接入层设备组成星型拓扑。
混合形拓扑的优点
(1)故障诊断和隔离较为方便。一旦网络发生故障，只要诊断出哪个网络设备有故障，将该网络设备和全网隔离即可。
(2)易于扩展。要扩展用户时，可以加入新的网络设备，也可在设计时，在每个网络设备中留出一些备用的可插入新站点的连接口。
(3)安装方便。网络的主链路只要连通汇聚层设备，然后再通过分支链路连通汇聚层设备和接入层设备。
混合形拓扑的缺点
(1)需要选用智能网络设备，实现网络故障自动诊断和故障节点的隔离，网络建设成本比较高。
(2)像星形拓扑结构一样，汇聚层设备到接入层设备的线缆安装长度会增加较多。
将两种或几种网络拓扑结构混合起来构成的一种网络拓扑结构称为混合型拓扑结构（也有的称之为杂合型结构）。
这种网络拓扑结构主要用于较大型的局域网中，如果一个单位有几栋在地理位置上分布较远（当然是同一小区中），如果单纯用星型网来组整个公司的局域网，因受到星型网传输介质双绞线的单段传输距离（100m）的限制很难成功；如果单纯采用总线型结构来布线则很难承受公司的计算机网络规模的需求。结合这两种拓扑结构，在同一栋楼层我们采用双绞线的星型结构，而不同楼层我们采用同轴电缆的总线型结构，而在楼与楼之间我们也必须采用总线型，传输介质当然要视楼与楼之间的距离，如果距离较近（500m以内）我们可以采用粗同轴电缆来作传输介质，如果在180m之内还可以采用细同轴电缆来作传输介质。但是如果超过500m我们只有采用光缆或者粗缆加中继器来满足了。这种布线方式就是我们常见的综合布线方式。
-
网形拓扑
网形拓扑。这种结构在广域网中得到了广泛的应用，它的优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。由于节点之间有许多条路径相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，从而绕过失效的部件或过忙的节点。这种结构虽然比较复杂，成本也比较高，提供上述功能的网络协议也较复杂，但由于它的可靠性高，仍然受到用户的欢迎。
网形拓扑的一个应用是在BGP协议中。为保证IBGP对等体之间的连通性，需要在IBGP对等体之间建立全连接关系，即网状网络。假设在一个AS内部有n台路由器，那么应该建立的IBGP连接数就为n(n-1)/2个。
网形拓扑的优点
(1)节点间路径多，碰撞和阻塞减少。
(2)局部故障不影响整个网络，可靠性高。
网形拓扑的缺点
(1)网络关系复杂，建网较难，不易扩充。
(2)网络控制机制复杂，必须采用路由算法和流量控制机制。
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。
-
开关电源拓扑
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
树形拓扑的缺点：
各个节点对根的依赖性太大。
三、组网判定
以上分析了几种常用拓扑结构的优缺点。不管是局域网或广域网,其拓扑的选择,需要考虑诸多因素:网络既要易于安装,又要易于扩展;网络的可靠性也是考虑的重要因素,要易于故障诊断和隔离,以使网络的主体在局部发生故障时仍能正常运行;网络拓扑的选择还会影响传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定,这些因素又会影响各个站点在网上的运行速度和网络软、硬件接口的复杂性。
四、计算机网络拓扑结构
首先部署人员要熟悉各种网络的计算机网络拓扑结构，将适合自己计算机网络拓扑结构罗列出来，再一一筛选。
没有一种计算机网络拓扑结构是能通用或者适应所有的企业和公司。作为技术人员，你首先要对计算机网络拓扑结构很熟悉，比如根据预算，采用千兆还是万兆的主干网络等等，这样才有助于你解决网络的技术难题。
没有一种计算机网络拓扑结构是能通用或者适应所有的企业和公司。作为技术人员，你首先要对计算机网络拓扑结构很熟悉，比如根据预算，采用千兆还是万兆的主干网络等等，这样才有助于你解决网络的技术难题。
数据中心计算机网络拓扑结构
目前大多数数据中心的主要计算机网络拓扑结构都是基于第三层协议构建。典型的结构就是通过一个核心交换机连接第二级交换机或者其他网络设备，包括外部网络和内部网络的用户层和汇聚层。
leaf节点和 spine节点是数据中心计算机网络拓扑结构最重要和明显的部分，简称leaf-spine。这种计算机网络拓扑结构的随着交换机设备的增多会带来传输上的瓶颈，如存储区域网络的数据流量会受到这种交换机节点增多的影响。
新型的计算机网络拓扑结构
新的计算机网络拓扑结构设计是一种专用通道的计算机网络拓扑结构，具体的应用走专用的网络通道，这种计算机网络拓扑结构设计理论上考虑到网络内的设备可以*移动物理位置，并继承了传统计算机网络拓扑结构的交换机转发数据的特点。虽然目前的主流计算机网络拓扑结构好像用不上这些技术，但新兴技术的成熟总需要时间来验证，也许不是现在，但作为次世代的技术，在未来有很大的发展空间。
还有一些其他已经成型的新型计算机网络拓扑结构，这些新兴的计算机网络拓扑结构已经超越了传统基于第三层网络leaf-spine的计算机网络拓扑结构。虽然这些计算机网络拓扑结构并不多见。因为这些计算机网络拓扑结构大多应用于特殊领域的数据中心。
多层的leaf-spine计算机网络拓扑结构已经很接近计算机网络拓扑结构的基线，许多大型网络利用垂直部署的方法来扩展网络，如VLAN等等。
Hypercube立方体计算机网络拓扑结构。一个简单的3D Hypercube结构就像由六个面组成的立体方形的网络，每个联结点都由交换机构成。而一个4D Hypercube网络就如一个3D Hypercube网络位于另一个3D Hypercube里面，里外两个网络通过转角的节点连接彼此，设备节点连接在外层的网络。如要实施这种计算机网络拓扑结构，需要对自己的需求和预算进行了解，并且要详细明白这种计算机网络拓扑结构的特点在哪里。
Toroidal环形计算机网络拓扑结构。这种计算机网络拓扑结构其实是指任何环形计算机网络拓扑结构。一个3D 的环形计算机网络拓扑结构是高度结构化的网络环。环形计算机网络拓扑结构通常用于需要高性能计算环境，并可能依靠交换机之间的互连节点计算。
Jellyfish水母型计算机网络拓扑结构。听起来名字很奇怪，但挺符合它的称呼的。这种计算机网络拓扑结构主要的特点在它是一种大随机性的计算机网络拓扑结构，这种计算机网络拓扑结构的交换机根据网络设计师的设计相互连接。这种计算机网络拓扑结构结构的设计比起传统结构可以提高甚至25%的数据容量。
DCell计算机网络拓扑结构。在这种计算机网络拓扑结构中，网络内的服务器都有多个网卡。其中部分网卡相互连接各个服务器，服务器就像一个大网络环境的细胞一样。DCell一般需要每服务器有四个或更多的网卡。
FiConn计算机网络拓扑结构。类似DCell，FiConn结构中，每计算机网络拓扑结构服务器到另一个服务器的互联形成一个细胞节点，但只需要两个网卡。
BCube计算机网络拓扑结构。类似DCell，FiConn，BCube使用额外的服务器端口直接连接，这些端口是专为模块化网络部署。微软在背后主推BCube计算机网络拓扑结构，并建立BCube源路由协议来管理网络数据中心的计算机网络拓扑结构。
CamCube计算机网络拓扑结构。这种计算机网络拓扑结构目的是为了优化整个环面的数据传输，计算机网络拓扑结构被用于集群主机互连，计算机网络拓扑结构是建立在微软的CamCubeOS之上。传统的计算机网络拓扑结构管理方式在这种网络结构上不起作用。
Butterfly蝴蝶型计算机网络拓扑结构。谷歌的扁平式蝴蝶结构是一个特定的计算机网络拓扑结构，类似于一个棋盘。在这种网络结构中，任何节点都可以作为一个开关，节点控制着流量。这种类型的网络目的在于降低功耗，有绿色环保的意义。
