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  • 逻辑拓扑与物理拓扑之间的区别
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    2019-10-09 08:18:16

    最近在学习一款实现工业被动拓扑发现的软件GrassMarlin。这款软件同时实现了物理拓扑发现和逻辑拓扑发现功能,而我在研究其源代码时,对于逻辑拓扑和物理拓扑的区分还不是很明确,于是经过多方查找资料,在一个博主那得到了深刻的启发,因此与大家共享。

    在每一个网络管理者的脑子里几乎都有一张自己所管理的网络拓扑图。在网管系统中,生成拓扑图是网管系统的基本功能之一。目前,在网管系统中生成的的拓扑图分为物理拓扑和逻辑拓扑。网络拓扑图是最能够直观反映网络情况的工具。不同的企业对网络管理的层次不同,有的企业在网络管理中注重的是企业物理网络的实际运维。有的企业更加关注的是实际应用系统的关键业务监控。在网管系统中,拓扑图分成了物理拓扑和逻辑拓扑两种,其区别如下:

    1、定义

    物理拓扑和逻辑拓扑是两种拓扑的生成方式,从定义上来讲,以网络设备的IP地址划分为依据生成的拓扑图我们称之为逻辑拓扑,逻辑拓扑的生成方式有两种,一种是通过IP地址的扫描生成,另一种是通过人工的手工绘制生成。而以网络设备实际物理地址为依据生成的拓扑图我们称之为物理拓扑,物理拓扑的生成方式是根据SNMP协议扫描网络自动生成的。从两种拓扑图的生成形式上来看,逻辑拓扑是把整个系统从数据库、中间件和终端设备以应用完成的实现过程表现出来,而物理拓扑是反映的实际的物理网络环境。

    2、使用方向的区分

    物理拓扑图和逻辑拓扑图其实从根本的意义上来讲不能区分出高下,他们各自有各自的应用。也就是说,两种图表没有好坏之分,只是表现形式不同。

    物理拓扑图由于是根据网络设备的实际物理地址进行扫描而得出,所以它更加适合的是网络设备层管理,通过物理拓扑图,一旦网络中出现故障或者即将出现故障,物理拓扑图可以及时详细地告诉网络管理者是哪一台网络设备出了问题,举个简单的例子,当网络中某台交换机出现了故障,通过物理拓扑图,网管系统可以告诉管理者在网络里众多的交换设备中是哪一台交换机的那一个端口出现了问题,通过这个端口连接了那些的网络设备,便于网管人员进行维护。

    而对于逻辑拓扑来说,他更加注重的是应用系统的运行状况,它反映的是实际应用的情况。比方说某个网络是用来制成企业的OA系统的,那么,通过逻辑拓扑图可以模仿整个流程的运转情况,将每个节点的情况表现在一张图表里。

    3、两种拓扑图的缺点

    这两种拓扑图各自有自己的不足之处。对于物理拓扑图来说,由于它是基于SNMP协议自动扫描网络而生成的,在精确程度上需要我们仔细的进行检查。这是因为,网络设备品牌型号众多,如果想要生成精确的拓扑图就必须对不同品牌和型号的网络设备的内部MIB库有着足够的了解。而网管系统厂商如果想把市场上所有的网络设备的MIB库掌握完全显然是不现实的,所以,没有一家网络管理系统的厂商敢于保证他们的产品在每一个网络中都能生成100%准确的物理拓扑图。换句话说,物理拓扑图生成的准确与否是网管系统厂商长期积累的结果。同时,如果网络中的某些备用设备没有开启,那么在扫描生成物理拓扑图的过程中是无法发现这些没有开启的备用设备的。

    而逻辑拓扑图虽然比较准确,但是由于它在很多地方是采用的手工绘制的形式,虽然在网管系统建设的时候厂商可以帮助用户进行手工添加的过程,但是当用户进行网络升级或者网络迁移等工作的时候,网管系统在逻辑拓扑图的改动方面的工作还需要用户自己手动完成。

    总之,逻辑拓扑描述的是设备之间是如何通过物理拓扑进行通信。
    物理拓扑与逻辑拓扑是各自独立的。例如:所有类别的以太网在设备之间通信时使用的是逻辑总线型拓扑,无论线缆的物理布局如何都是如此。现在越来越多的厂家均实现逻辑拓扑和物理拓扑的双重发现,方便使用者各取所需。

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    目录

    一、 拓扑的概念

    二、常见的物理拓扑

    三、拓扑案例

    1.案例1:物理拓扑是星型拓扑,但是逻辑拓扑为总线型拓扑

    2.案例2:物理拓扑是星型拓扑,逻辑拓扑也是星型拓扑

    3.案例3:物理拓扑与逻辑拓扑相差有点大

    4.案例4:物理拓扑与逻辑拓扑相差比较大

    总结


    一、 拓扑的概念

    当听到人们说搭建某某拓扑时,很多人对于拓扑这个概念是很不理解(当初我也是这样,花了很多时间来理解这个概念),拓扑可以理解为一种方法也可以理解为一种结构。拓扑指的是设备互连的方法,由于涉及到主用路径与备用路径,拓扑又分为物理拓扑与逻辑拓扑。

    物理拓扑:设备与电缆的物理布局,这个最好理解了,通俗的说,就是我们看到的物理结构就是物理拓扑。

    逻辑拓扑:数据传输时的真实路径,这个是最难理解的,特别是相对于初学者来说,想要很好地理解这个概念的话,强烈建议掌握我之前写的VLAN配置那篇文章,因为下面的案例会使用到它。

     

    二、常见的物理拓扑

    (1)总线拓扑:总线拓扑也被称为线性总线,它的结构就是所有的设备都连接到一条电缆上。如下图所示,一条总线缆上连接着许多网络设备,主电线的两端必须连接端接器。这个端接器是用于吸收电缆端的信号的,若没有这个端接器,那么相应的电子信号到达电缆末端后将反弹回来,将导致网络出现差错。现在这个拓扑结构可以说是已经绝迹了。

     

    (2)环型拓扑:它的结构就是网络上所有的设备通过线缆连成一个环。这个环型拓扑它是没有起点也终点的,所以端接器是不用的。它有单环与双环结构。

    单环拓扑:网络中的所有设备都共享一条电缆,数据只沿一个方向传输,每台设备都等待通过网络发送数据。注意这个拓扑的概念,我们会发现这里有一个问题,数据只沿一个方向传输,那若是某台设备出现故障了,岂不是影响了整个网络?是的,这个拓扑结构存在单点故障问题,任何一个地方出现故障就会使得整个环无法正常运行。

    双环拓扑:在单环拓扑的基础上,再添加多一个环,这样就可以实现数据沿两个方向传输。双环拓扑结构提供了冗余(备份)功能,当其中一个环出现故障时,另一个环上也可以实现数据传输。

     

    (3)星型拓扑:网络中的相关设备通过单一的线缆连接到中央设备。一旦星型拓扑中央节点出现故障,大部分网络都会受到影响,为了弥补这个缺点,设计出了扩展星型拓扑。扩展星型拓扑就是在设备之间提供冗余连接,以防因设备出现故障而导致网络中断。

    星型拓扑:

    扩展星型拓扑:

    (4)互连拓扑:它是一种类似于星型拓扑的结构,主要是在星型拓扑结构的设备之间提供冗余连接,根据冗余程度,可以分为全互连与部分互连。

    全互连拓扑:

    部分互连拓扑:

    注意:

    1.物理星型拓扑的实现成本比物理总线拓扑高;

    2.星型拓扑是以太网LAN中最常见的物理拓扑;

    3.星型拓扑的中央节点可以是集线器、交换机或路由器;

    4.在网络中,若使用集线器时,物理拓扑为星型,但是逻辑拓扑为总线;

    5.以太网逻辑拓扑为总线拓扑结构,但是物理拓扑可能是总线,也可能是星型;

    6.互连拓扑可以提升网络的可用性与可靠性,但是它的成本大大增加了且可能会限制可扩展性,所以这种拓扑慎用哈;

    7.全互连拓扑是每两两设备之间都彼此相连用以提供冗余,而部分互连拓扑只有部分的设备才会提供多条连接。

    三、拓扑案例

    1.案例1:物理拓扑是星型拓扑,但是逻辑拓扑为总线型拓扑

    物理拓扑:

    逻辑拓扑:

     

    上图中,我们在工作中看到的物理拓扑是星型的,但是它的逻辑拓扑为总线型的。这里也许有很多人会疑惑,所有的网络设备通过单一的线缆连接到一台中央设备,这个不是星型拓扑的概念吗?有这样的想法,说明是有认真看的,这个值得表扬。但是,我们得研究一下中央的设备是哪种,它的工作机制是如何的,否则是很难得知它的逻辑拓扑的。

    2.案例2:物理拓扑是星型拓扑,逻辑拓扑也是星型拓扑

    物理拓扑:

    逻辑拓扑:

    这个拓扑图相信很多人都可以理解,因为它的拓扑图与逻辑图都是一样的,但是千万别被这些拓扑图的表面欺骗哈。

    3.案例3:物理拓扑与逻辑拓扑相差有点大

    物理拓扑:

    逻辑拓扑:

    这个实验拓扑我相信很多人都会疑惑,这里的逻辑拓扑图怎么与物理拓扑图差异有点大啊,P0与PC1明明是直连交换机的,怎么画这个逻辑拓扑图就不见了呢?我们回忆一下逻辑拓扑的概念,数据传输时的真实路径,这里PC1发送数据包给PC0,首先到达F0/2,而F0/2是关联VLAN 3的,所以这里有它的标签。细心的朋友们也会发现这个图与我们之前的单臂路由实验是一个样的,没错,这里使用的是VLAN与TRUNK的技术实现的,所以这个图若看不懂,得回去看看我发的VLAN与单臂路由的文章了。

    4.案例4:物理拓扑与逻辑拓扑相差比较大

    物理拓扑:

    逻辑拓扑:这里的逻辑拓扑结构可以规划很多种,我在这里就随便写两种吧

    (1)

    (2)

    这里我就随意列举了两种可能的逻辑拓扑,实际上,添加多两台三层交换机可以规划出更加复杂的拓扑结构。我们平时的逻辑拓扑大多数没有这么复杂的,像案例1、2、3类会多一点,案例4这种多是运营商或很大的公司才会有这种拓扑的。

    注意:

    1.我们画出设备的物理拓扑图与逻辑拓扑图是为了方便管理、以及进行流量控制。

    2.当我们的逻辑拓扑非常复杂时,建议针对性的画出拓扑图,也就是按照设备的通信线路来画,因为不同的通信它的数据传输路径是不同的。

    总结

    通过这篇文章我们对于拓扑的概念更加了解了,相信在工作中遇到各种物理拓扑结构都可以很好地理解它们的逻辑拓扑。好了,我们在下一个章节再见,加油!

     

     

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    拓扑图是一种量化图,是由专题地图演变而成的,这种图形具有地图与统计图之间的过渡型特点。

    拓扑图是从拓扑学引用的名称,拓扑学是几何学中一个分支,它是研究几何图形在连续改变形状时还能保留不变的一些特点,它只考虑物体之间的位置关系而不考虑它们的距离和大小。拓扑图也具有上述的特点。因此,有人称之为“相对位置图”,拓扑变换在各种类型的空间研究中有着广泛的应用。

    在量化地图中可以利用拓扑结构来定义面实体的结构关系,并用于传递量化信息,这种方法称之为拓扑量化图示法。


    拓扑量化图示法是显示以行政区划或其他类型区域为单元的统计资料的一种方法,它把数量指标用几何图形的面积表示,图形的形状和地理位置与实体形状有很大的畸变,但相对位置关系基本保持不变。

    拓扑图是对面实体符号图形的简单化与规则化表示,并借此图形显示量化信息,图形大小一般与实体面积无关。拓扑图数量对比直观,简单易绘,以图形传递量化信息为目的,是量化地图的一种有效表现形式。
    拓扑结构图是指由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图。网络拓扑定义了各种计算机、打印机、网络设备和其他设备的连接方式。换句话说,网络拓扑描述了线缆和网络设备的布局以及数据传输时所采用的路径。网络拓扑会在很大程度上影响网络如何工作。

    网络拓扑包括物理拓扑和逻辑拓扑。物理拓扑是指物理结构上各种设备和传输介质的布局。物理拓扑通常有总线型、星型、环型、树型、网状型等几种。

    常见网络逻辑拓扑结构

    星型结构

    星型结构是以一个节点为中心的处理系统,各种类型的入网机器均与该中心节点有物理链路直接相连。

    星型结构的优点是结构简单、建网容易、控制相对简单。其缺点是属集中控制,主节点负载过重,可靠性低,通信线路利用率低。

    总线结构

    总线结构是比较普遍采用的一种方式,它将所有的入网计算机均接入到一条通信线上,为防止信号反射,一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。

    总线结构的优点是信道利用率较高,结构简单,价格相对便宜。缺点是同一时刻只能有两个网络节点相互通信,网络延伸距离有限,网络容纳节点数有限。在总线上只要有一个点出现连接问题,会影响整个网络的正常运行。目前在局域网中多采用此种结构。

    环型结构

    环型结构是将各台连网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。

    环型拓扑是一个点到点的环型结构。每台设备都直接连到环上,或通过一个接口设备和分支电缆连到环上。 在初始安装时,环型拓扑网络比较简单。随着网上节点的增加,重新配置的难度也增加,对环的最大长度和环上设备总数有限制。可以很容易地找到电缆的故障点。受故障影响的设备范围大,在单环系统上出现的任何错误,都会影响网上的所有设备。[3]

    树型结构

    星型网络拓扑结构的一种扩充便是星行树,如左图所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型,Hub的级连而形成树。然而,应当指出,Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而有变化。

    树型结构是分级的集中控制式网络,与星型相比,它的通信线路总长度短,成本较低,节点易于扩充,寻找路径比较方便,但除了叶节点及其相连的线路外,任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

    适用场合:只适用于低速、不用阻抗控制的信号,比如在没有电源层的情况下,电源的布线就可以采用这种拓扑。[4]

    网状结构

    网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。全连接网状中,每一个节点和网中其它节点均有链路连接。不完全连接网中,两节点之间不一定有直接链路连接,它们之间的通信,依靠其它节点转接。这种网络的优点是节点间路径多,碰撞和阻塞可大大减少,局部的故障不会影响整个网络的正常工作,可靠性高;网络扩充和主机入网比较灵活、简单。但这种网络关系复杂,建网不易,网络控制机制复杂。广域网中一般用不完全连接网状结构。[4]

    混合型拓扑

    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:网络配置难度大。

    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、红外等)点到点和多点传输为特征,是一种无线网,适用于城市网、校园网、企业网。

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