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  • 互联网的拓扑结构是什么结构
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    2021-06-17 04:43:02

    网络拓扑结构就是指用传输媒体把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局,是指互连过程中构成的几何形状,它能表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。

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    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。

    总线型拓扑结构:是将网络中所有的设备都通过一根公共的总线连接,通信时信息通过总线进行广播方式传输。这种结构投资少,安装布线容易,网络中任何节点的故障都不会造成全网的瘫痪,故障可靠性较高,缺点是当节点数目较多时,容易发生信息拥塞。

    环形拓扑结构:所有设备被连接成环,信息是通过该环进行广播式传播的。该结构的传输路径固定,无路径选择的问题,故实现较简单。缺点是任何节点的故障都会导致全网瘫痪,可靠性较差;网络的管理比较复杂,而且相对的投资费用也比较高。

    星形拓扑结构:是由一个中央节点和若干从节点组成,中央节点可以与从节点直接通信,而从节点之间的通信必须通过中央节点的转发。星形拓扑结构简单,建网容易,传输速率高;扩展性好,灵活配置,网络易于维护和管理,但是星形网络可靠性依赖于中央节点,中央节点一旦出现故障则全网瘫痪。

    树形拓扑结构:是星形结构的一种扩展,是一种倒树形的分级结构,具有根节点和各分支节点,节点按照层次进行连接,信息交换主要在上下节点间进行。其特点是结构比较灵活,易于网络扩展。但与星形结构相似,一旦根节点出现瘫痪,则会影响到全网。树形拓扑结构是中大型局域网常采用的一种拓扑结构。

    网状拓扑结构:分为一般网状结构和全连接网状拓扑结构两种。一般网状拓扑结构中每个节点至少与其他两个节点直接相连。全连接网状拓扑结构中的每个节点都与其他所有节点相通。其最大的特点是拥有强大的容错能力,可靠性极高,但与之相对应的建网费用高,布线困难。

    责任编辑:gt

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    数学家和物理学家在研究网络的时候,为了抓住本质,通常进行一定的抽象,表现在既不关心节点的特定物理位置、大小,也不在意边的长短、曲直、相交与否,只关心节点和节点间是否相连。例如,欧拉在解决哥尼斯堡七桥问题的时候,虽然1736年讨论长短大小的几何学是主流,而不考虑长短大小、不牵涉量计算的情形几乎没人研究,但他却撇开研究对象的长短、大小、面积、体积等度量性质和数量关系,把2座小岛和河的两岸分别抽象成4个点,而把7座桥抽象这4个点之间的连线,开创了拓扑研究的先河。当人们把网络抽象成这种不依赖于节点的位置、大小和边的具体形态,所得到的性质就成为网络的拓扑性质,相应的结构称作网络的拓扑结构

    在自然界和人类社会中存在各种各样的网络,像作为基础设施的铁路、公路、航空等交织而成的交通网、电力网,近年来广泛应用的技术网络万维网、对等传输(P2P)网络、互联网等。一个典型的网络由许多节点和连接节点的边组成,通常节点代表真实世界中的个体或组织,而它们间的关系用边来表示。例如,在互联网中,可以用点来表示自治系统(AS autonomous system),边来表示其间的连接关系,即形成自治系统级的网络拓扑;如果把互联网中的路由器看成节点,而路由器间的连接关系看成边,这样就形成了路由器级的互联网拓扑。

    网络结构分析在社会网、技术网、生物网的研究和实践中都已发挥了重要作用,互联网就是一个典型的例子。作为一个真实网络,互联网从最初的4个节点,发展成为当今世界的信息基础设施,其应用的深入发展和无处不在的广泛性深刻地改变了人们的工作、生活和学习方式,己成为一个名副其实的具有复杂结构的巨大系统。

    互联网拓扑结构具有“健壮而又脆弱”(robustyet fragile)的双重特性,在不同尺度上,其形成机理不同。在自治系统级层面上同时表现出对节点随机失效的健壮性和在有意攻击情况下,只要移除少数重要节点,全网就会招致瘫痪,即表现为十分脆弱。这种脆弱性,也被称作阿基琉斯之踵(Achilles’heel),其根源在于度分布的不均匀性。

    但在路由器级拓扑上,表现为互联网可以有效容忍在设计时考虑到的不确定因素,具有健壮性,而对设计时未被考虑的不确定因素(如IP前缀劫持、分布式拒绝服务)变得非常脆弱。其双重特性是由于考虑到网络设计与优化等因素形成的,根源不在网络的度分布。

    近几年随着国内外互联网行业发展迅速,许多人从中发现商机,有不法分子利用互联网的脆弱性来攻击网络从中获取利益,基于此种社会现状,如何提高互联网络的抗攻击性能成了关注的重点。早些年对互联网拓扑的研究很少有,但是随着互联网结构越来越庞大,近几年随着对互联网拓扑结构的研究也在不断深入。

    在今年3月22日发表的一篇文章中,加州大学圣迭戈分校(UCSD)的计算机科学家们,针对全球75个市场区域开展了一线全面的大规模研究。

    研究一作、UCSD 计算机科学专业博士 Alexander Gamero Garrido 表示:“我们对互联网的拓部结构开展了研究,以期找到基础设施遭到破坏时的最薄弱环节”。结果发现,世界上约 1/4 的互联网用户都依赖于易受攻击的基础设施,远超研究前的预估。从区域分布来看,许多面临风险的市场区域都位于南半球,大致包括拉美、亚洲、非洲、以及大洋洲。

    研究配图 :影响因子

    世界上不同地区的互联网连接结构不尽相同,比如以美国为代表的诸多发达国家,就有大量互联网接入服务提供商(ISP)竞相为广大用户提供服务。

    边界网关协议(BGP)中未观察到的路径

    这些网络相互交织、支持直连交换内容(又称直接对等互连),且所有ISP能够直接接入全球性的互联网基础设施。

    各地区前五 ASes 的 CTI 线框分布图

    然而在许多其它地区(大多为发展中国家),ISP都未采用直接对等的互联网接入方式 —— 通常只有屈指可数的几家服务提供商可选,且头部效应明显(某个大型ISP为绝大多数用户提供服务)。

    重叠条形图展示了排名靠前的五大 ASes 的 CTI 值

    不仅如此,这些提供商还依赖数量有限的“流量自治系统”(通常为国有),以访问全球互联网和其它国家或地图的通信流量。

    头部AS的CTI值

    研究人员指出,这种情况使得拥有此类互联网基础设施的地区特别容易受到攻击,因为攻击者只需削弱其盯上的少数流量自治系统。

    本土/国有AS的CTI与部分区域

    在最糟糕的情况下,某些地区只有一套中转自治系统为所有网民提供服务(比如古巴和塞拉利昂)。但在对私营ISP持较开放态度的地区,其流量自治系统就要相对宽裕得多(比如孟加拉国从2家增加到了 30多家)。

    研究收集到的国有来源地址空间(橙条)/ CTIn(蓝条)

    此外研究人员惊讶地发现,许多海底互联网光缆都为国有运营商所有,且南半球的互联网拓补结构中遗留了不少殖民时代的影子 —— 比如法国运营商Orange在部分非洲国家有着强大的影响力。

    国家级流量权重分布

    据悉,研究人员借助边界网关协议(BGP)数据追踪了互联网上自治系统之间的路由与可达信息交换。不过这些数据无法完整反映全球互联网的全貌,因而本文分享的研究结果也只能作为一个大致的参考。

    我们再来看一下擎天神的网络拓扑图,从擎天神中我们可以看到美、德、英等西方国家的AS域和IP地址比较多,网络拓扑图也较为复杂。

    而亚洲、非洲国家的AS数量就较少,无法构成庞大的网络拓扑关系,这也从另一个角度印证了Alexander Gamero-Garrido博士的部分结论,一些国家的网络拓扑和互联网基础建设确实比较薄弱。

    互联网是网络科学领域的一个典型的网络实例,对其拓扑结构知识的深入研究与应用可以丰富网络科学的内涵,推动网络科学这个新兴学科的发展。正如弄清事物的结构是人类认识一个事物和对其进行改造过程中首先面临的基本问题一样,对网络结构的掌握也是认识和改进网络的基础。

    互联网拓扑结构是互联网信息基础设施最基本的内在属性。对互联网拓扑特征和知识的发现及其应用正在快速发展中。当前全球数字化建设的信息系统工程领域(如云计算、三网融合、智慧地球、社会计算、物联网等)都离不开互联网这个信息基础设施。

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  • 计算机网络拓扑结构

    2021-06-18 02:55:40
    拓扑(topology)是拓扑学中研究由点、线组成几何图形的一种方法,用此方法可以把计算机网络看作是由一组结点和链路组成,这些结点和链路所组成的几何图形就是网络的拓扑结构。虽然用拓扑方法可以使复杂的问题简单化,...

    计算机网络的通信线路在其布线上有不同的结构形式。一般用拓扑方法来研究计算机网络的布线结构。拓扑(topology)是拓扑学中研究由点、线组成几何图形的一种方法,用此方法可以把计算机网络看作是由一组结点和链路组成,这些结点和链路所组成的几何图形就是网络的拓扑结构。虽然用拓扑方法可以使复杂的问题简单化,但网络拓扑结构设计仍是十分复杂的问题。下面介绍如图7.4所示的几种网络拓扑结构形式。

    1)

    总线型结构(BUS)  总线型拓扑结构网络采用一般分布式控制方式,各结点都挂在一条共享的总线上,采用广播方式进行通信(网上所有结点都可以接收同一信息),无需路由选择功能,如下图所示。

    总线型拓扑结构主要用于局域网络,它的特点是安装简单,所需通信器材、线缆的成本低,扩展方便(不能动态即在网络工作时增减站点);由于采用竞争方式传送信息,故在重负荷下效率明显降低;另外总线的某一接头接触不良时,会影响到网络的通信,使整个网络瘫痪。

      小型局域网或中大型局域网的主干网常采用总线型拓扑结构。但现在用总线型构建局域网日渐减少。 a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png

    (网络拓扑结构)

    2)

    星型结构(Star)  星型拓扑结构的网络采用集中控制方式,每个结点都有一条惟一的链路和中心结点相连接,结点之间的通信都要经过中心结点并由其进行控制,如上图所示。星型拓扑的特点是结构形式和控制方法比较简单,便于管理和服务;线路总长度较长,中心节点需要网络设备(集线器或交换机),成本较高;每个连接只接一个节点,所以连接点发生故障,只影响一个节点,不会影响整个网络;但对中心节点的要求较高,当中心结点出现故障时会造成全网瘫痪。所以中心节点的可靠性和冗余度(可扩展端口)要求很高。星型结构是小型局域网常采用的一种拓扑结构。

    3) 树型结构(Tree)

    树型结构实际上是星型结构的发展和扩充,是一种倒树型的分级结构,具有根结点和各分支结点,如上图所示。现在一些局域网络利用集线器(HUB)或交换机(Switch)将网络配置成级连的树型拓扑结构。树型网络的特点是结构比较灵活,易于进行网络的扩展。与星型拓扑相似,当根结点出现故障时,会影响到全局。树型结构是中大型局域网常采用的一种拓扑结构。

    4)

    环型结构(Ring)  环型拓扑为一封闭的环状,如上图所示。这种拓扑网络结构采用非集中控制方式,各结点之间无主从关系。环中的信息单方向地绕环传送,途经环中的所有结点并回到始发结点。仅当信息中所含的接收方地址与途经结点的地址相同时,该信息才被接收,否则不予理睬。环型拓扑的网络上任一结点发出的信息,其他结点都可以收到,因此它采用的传输信道也叫广播式信道。环型拓扑网络的优点在于结构比较简单、安装方便,传输率较高。但单环结构的可靠性较差,当某一结点出现故障时,会引起通信中断。环型结构是组建大型、高速局域网的主干网常采用的拓扑结构,如光纤主干环网。

    5)

    网型结构(Mesh)  网型拓扑实际上是不规则形式,它主要用于广域网,如上图所示。网型拓扑中两任意结点之间的通信线路不是惟一的,若某条通路出现故障或拥挤阻塞时,可绕道其他通路传输信息,因此它的可靠性较高,但它的成本也较高。此种结构常用于广域网的主干网中。如我国的教育科研网(CERNET)、公用计算机互联网(CHINANET)、电子部金桥网(CHINAGBN)等。

    另外一种网形拓扑是全互联型的,如上图所示。这种拓扑的特点是每一个结点都有一条链路与其他结点相连,所以它的可靠性非常高,但成本太高,除了特殊场合,一般较少使用。

    a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png总线型

    a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png 星型

    a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png 环型

    a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png 树型

    a4c26d1e5885305701be709a3d33442f.png 网型

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  • 拓扑结构

    千次阅读 2021-01-07 09:21:17
    拓扑结构前言一、网络拓扑结构二、分类1.总线型2、环型3、树型4、星型5、网状 前言 计算机网络的拓扑结构分析是指从逻辑上抽象出网上计算机、网络设备以及传输媒介所构成的线与节点间的关系加以研究的一种研究...


    前言

    在这里插入图片描述

    计算机网络的拓扑结构分析是指从逻辑上抽象出网上计算机、网络设备以及传输媒介所构成的线与节点间的关系加以研究的一种研究方式。
    在进行计算机网络拓扑结构设计的过程中,通过对网络节点进行有效控制,对节点与线的连接形式进行有效选取,已经成为合理计算机网络拓扑结构构建的关键。设计人员对计算机网络拓扑结构进行有效选择,可以在很大程度上促进当前网络体系的运行效果,从根本上改善技术性能的可靠性、安全性。

    一、网络拓扑结构

    网络拓扑结构是指把网络电缆等各种传输媒体的物理连接等物理布局特征,通过借用几何学中的点与线这两种最基本的图形元素描述,抽象地来讨论网络系统中各个端点相互连接的方法、形式与几何形状,可表示出网络服务器、工作站、网络设备的网络配置和相互之间的连接。它的结构主要有总线型结构、星型结构、环型结构、树型结构、网状结构。

    二、分类

    1.总线型

    总线型就是一根主干线连接多个节点而形成的网络结构。在总线型网络结构中,网络信息都是通过主干线传输到各个节点的。总线型结构的特点主要在于它的简单灵活、构建方便、性能优良。其主要的缺点在于总干线将对整个网络起决定作用,主干线的故障将引起整个网络瘫痪。
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    2、环型

    环型结构主要是各个节点之间进行收尾连接,一个节点连接着一个节点而形成一个环路。在环形网络拓扑结构中,网络信息的传输都是沿着一个方向进行的,是单向的,并且,在每一个节点中,都需要装设一个中继器,用来收发信息和对信息的扩大读取。环形网络拓扑结构的主要特点在于它的建网简单、结构易构、便于管理。而它的缺点主要表现为节点过多,传输效率不高,不便于扩充。
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    3、树型

    树形网络结构主要是指各个主机进行分层连接,其中处在越高的位置,此节点的可靠性就越强。树形网络结构其实是总线性网络结构的复杂化,如果总线型网络结构通过许多层集线器进行主机连接,从而形成了树形网络结构。在互联网中,树形结构中的不同层次的计算机或者是节点,它们的地位是不一样的,树根部位(最高层)是主干网,相当于广域网的某节点,中间节点所表示的应该是大局域网或者城域网,叶节点所对应的就是最低的小局域网。树型结构中,所有节点中的两个节点之间都不会产生回路,所有的通路都能进行双向传输。其优点是成本较低、便于推广、灵活方便,比较适合那些分等级的主次较强的层次型的网络。

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    4、星型

    星型结构主要是指一个中央节点周围连接着许多节点而组成的网络结构,其中中央节点上必须安装一个集线器。所有的网络信息都是通过中央集线器(节点)进行通信的,周围的节点将信息传输给中央集线器,中央节点将所接收的信息进行处理加工从而传输给其他的节点。星型网络拓扑结构的主要特点在于建网简单、结构易构、便于管理等等。而它的缺点主要表现为中央节点负担繁重,不利于扩充线路的利用效率。
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    5、网状

    网型结构是最复杂的网络形式,它是指网络中任何一个节点都会连接着两条或者以上线路,从而保持跟两个或者更多的节点相连。网型拓扑结构各个节点跟许多条线路连接着,其可靠性和稳定性都比较强,其将比较适用于广域网。同时由于其结构和联网比较复杂,构建此网络所花费的成本也是比较大的。
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