拓撲結構

網路拓撲結構是指把網路電纜等各種傳輸媒體的物理連接等物理布局特徵，通過借用幾何學中的點與線這兩種最基本的圖形元素描述，抽象地來討論網路系統中各個端點相互連接的方法、形式與幾何形狀，可表示出網路伺服器、工作站、網路設備的網路配置和相互之間的連接。它的結構主要有匯流排型結構、星型結構、環型結構、樹型結構、網狀結構。

計算機網路的拓撲結構分析是指從邏輯上抽象出網上計算機、網路設備以及傳輸媒介所構成的線與節點間的關係加以研究的一種研究方式。在進行計算機網路拓撲結構設計的過程中，通過對網路節點進行有效控制，對節點與線的連接形式進行有效選取，已經成為合理計算機網路拓撲結構構建的關鍵。設計人員對計算機網路拓撲結構進行有效選擇，可以在很大程度上促進當前網路體系的運行效果，從根本上改善技術性能的可靠性、安全性。

隨著計算機網路的發展，人們發現計算機網路拓撲結構存在著節點度的冪律分佈特點。節點度的冪律分佈特點促使了網路拓撲模型的巨大轉變。越來越多的模型構建都是從冪律規律中的優先連接和優先生長的特點入手，讓那些比較符合計算機拓撲性質的模型根據其中一些簡單的演化規則自動地產生、生長和連接。通過這種優先連接和優先生長的規律不斷地加入新節點。正是網路拓撲結構的這些特點，使得網路的發展變得越來越複雜，其性能越來越可靠，從而也促使了許多網路拓撲連接規則的出現，即網路拓撲結構形成機制的構建。

正是因為計算機網路拓撲結構在不同規模和不同層次都表現著優先生長和優先連接的特性，本質上趨於類似，所以，拓撲結構構件模型就像層次化的選舉過程。具體形成機制如圖1所示。

網路拓撲結構形成過程中，首先假定某平面中布置著許多個節點，同時存在著一個均勻走動的離散的時鐘，通過這個時鐘將每個節點進入網路的時間記錄下來，記錄下來的時間都是隨機分佈的。每一個節點在進入網路時刻的前後所要採取的行為就是接收信息或者消息和發送對已收信息的響應。這些收發信息中設置了優先度和傳達範圍，它們將對信息的輻射範圍產生著最為直接的影響。所有的節點在接收信息之後一般是依據信息源的優先度來設計優先度的，若所接收到的許多消息源節點存在相近的優先度，其將會隨機地選擇一個消息源節點進行連接。根據這種模式進行不斷的發展，最後將會產生圖1的圖形結果。在整個拓撲網路形成過程中，首先要經歷圖1中（a）的初始階段，在網路形成初始階段，只有非常小一部分節點參與活動，所接收的和發送的信息範圍還非常小，它們僅僅只能跟周邊的節點進行通信或者是連接。而隨著網路的不斷發展，節點度在不斷擴大，每一個節點所收發的信息範圍越來越大，所形成的連接也將越來越大和越來越多，網路此時正在對外大肆擴展。在小區域網中勝出的一些節點將參與更大範圍的連接和競爭，從而形成較大的區域網，最後發展成更大的城域網和廣域網。持續這樣下去最後便形成聚集中心，如上面圖1中的(b)和(c)。這就是計算機網路拓撲結構的形成模型，是一種消息自組織和傳遞接收的模型。

是一種基於多點連接的拓撲結構，是將網路中的所有的設備通過相應的硬體介面直接連接在共同的傳輸介質上。匯流排拓撲結構使用一條所有PC都可訪問的公共通道，每台PC只要連一條線纜即可。在結構中，所有網上微機都通過相應的硬體介面直接連在匯流排上，任何一個結點的信息都可以沿著匯流排向兩個方向傳輸擴散，並且能被匯流排中任何一個結點所接收。由於其信息向四周傳播，類似於廣播電台，故網路也被稱為廣播式網路。匯流排有一定的負載能力，因此，匯流排長度有一定限制，一條匯流排也只能連接一定數量的結點。最著名的匯流排拓撲結構是乙太網（Ethernet）。

匯流排布局的特點：結構簡單靈活，非常便於擴充；可靠性高，網路響應速度快；設備量少、價格低、安裝使用方便；共享資源能力強，非常便於廣播式工作，即一個結點發送所有結點都可接收。

在匯流排兩端連接的器件稱為端結器（末端阻抗匹配器、或終止器），主要與匯流排進行阻抗匹配，最大限度地吸收傳送端部的能量，避免信號反射回匯流排產生不必要的干擾。

網路結構是目前使用最廣泛的結構，也是最傳統的一種主流網路結構，適合於信息管理系統、辦公自動化系統領域的應用。

環形網中各結點通過環路介面連在一條首尾相連的閉合環形通信線路中，就是把每台PC連接起來，數據沿著環依次通過每台PC直接到達目的地，環路上任何結點均可以請求發送信息。請求一旦被批准，便可以向環路發送信息。環形網中的數據可以是單向也可是雙向傳輸。信息在每台設備上的延時時間是固定的。由於環線公用，一個結點發出的信息必須穿越環中所有的環路介面，信息流中目的地址與環上某結點地址相符時，信息被該結點的環路介面所接收，而後信息繼續流向下一環路介面，一直流回到發送該信息的環路介面結點為止。特別適合實時控制的區域網系統。在環行結構中每台PC都與另兩台PC相連每台PC的介面適配器必須接收數據再傳往另一台。因為兩台PC之間都有電纜，所以能獲得好的性能。最著名的環形拓撲結構網路是令牌環網（Token Ring）。

樹形拓撲從匯流排拓撲演變而來，形狀像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支。它是匯流排型結構的擴展，它是在匯流排網上加上分支形成的，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合迴路，樹形網是一種分層網，其結構可以對稱，聯繫固定，具有一定容錯能力，一般一個分支和結點的故障不影響另一分支結點的工作，任何一個結點送出的信息都可以傳遍整個傳輸介質，也是廣播式網路。一般樹形網上的鏈路相對具有一定的專用性，無須對原網做任何改動就可以擴充工作站。它是一種層次結構，結點按層次連結，信息交換主要在上下結點之間進行，相鄰結點或 同層結點之間一般不進行數據交換。把整個電纜連接成樹型，樹枝分層每個分至點都有一台計算機，數據依次往下傳優點是布局靈活但是故障檢測較為複雜，PC環不會影響全局。

星形拓撲結構是一種以中央節點為中心，把若干外圍節點連接起來的輻射式互聯結構，各結點與中央結點通過點與點方式連接，中央結點執行集中式通信控制策略，因此中央結點相當複雜，負擔也重。這種結構適用於區域網，特別是近年來連接的區域網大都採用這種連接方式。這種連接方式以雙絞線或同軸電纜作連接線路。在中心放一台中心計算機，每個臂的端點放置一台PC，所有的數據包及報文通過中心計算機來通信，除了中心機外每台PC僅有一條連接，這種結構需要大量的電纜，星形拓撲可以看成一層的樹形結構，不需要多層PC的訪問權爭用。星形拓撲結構在網路布線中較為常見。

以星形拓撲結構組網，其中任何兩個站點要進行通信都要經過中央結點控制。中央節點的主要功能有：為需要通信的設備建立物理連接；為兩台設備通信過程中維持這一通路；在完成通信或不成功時，拆除通道。

在文件伺服器/工作站（File Servers/Workstation）區域網模式中，中心點為文件伺服器，存放共享資源。由於這種拓撲結構，中心點與多台工作站相連，為便於集中連線，目前多採用集線器（HUB）。

網狀拓撲又稱作無規則結構，結點之間的聯結是任意的，沒有規律。就是將多個子網或多個區域網連接起來構成網際拓撲結構。在一個子網中，集線器、中繼器將多個設備連接起來，而橋接器、路由器及網關則將子網連接起來。根據組網硬體不同，主要有三種網際拓撲。

（1）網狀網：在一個大的區域內，用無線電通信連路連接一個大型網路時，網狀網是最好的拓撲結構。通過路由器與路由器相連，可讓網路選擇一條最快的路徑傳送數據。

（2）主幹網：

通過橋接器與路由器把不同的子網或LAN連接起來形成單個匯流排或環型拓撲結構，這種網通常採用光纖做主幹線。

（3）星狀相連網：利用一些叫做超級集線器的設備將網路連接起來，由於星型結構的特點，網路中任一處的故障都可容易查找並修復。

應該指出，在實際組網中，為了符合不同的要求，拓撲結構不一定是單一的，往往都是幾種結構的混用。

混合型拓撲結構就是兩種或兩種以上的拓撲結構同時使用。

蜂窩拓撲結構是無線區域網中常用的結構。

綜合以上所述，可總結出以下計算機網路拓撲結構特點。

（1）匯流排型拓撲結構是將網路中的所有設備通過相應的硬體介面直接連接到公共匯流排上，結點之間按廣播方式通信，一個結點發出的信息，匯流排上的其它結點均可“收聽”到。優

點：結構簡單、布線容易、可靠性較高，易於擴充，是區域網常採用的拓撲結構。缺點：所有的數據都需經過匯流排傳送，匯流排成為整個網路的瓶頸；出現故障診斷較為困難。最著名的匯流排拓撲結構是乙太網（Ethernet）。

（2）星形拓撲結構的每個節點都由一條單獨的通信線路與中心節點連結。優點：結構簡單、容易實現、便於管理，連接點的故障容易監測和排除。缺點：中心節點是全網路的可靠瓶頸，中心節點出現故障會導致網路的癱瘓。

（3）環形拓撲結構各結點通過通信線路組成閉合迴路，環中數據只能單向傳輸。優點：結構簡單，適合使用光纖，傳輸距離遠，傳輸延遲確定。缺點：環網中的每個結點均成為網路可靠性的瓶頸，任意結點出現故障都會造成網路癱瘓，另外故障診斷也較困難。最著名的環形拓撲結構網路是令牌環網（Token Ring）。

（4）樹形拓撲結構是一種層次結構，結點按層次連結，信息交換主要在上下結點之間進行，相鄰結點或同層結點之間一般不進行數據交換。優點：連結簡單，維護方便，適用於彙集信息的應用要求。

（5）網狀拓撲結構又稱作無規則結構，節點之間的聯結是任意的，沒有規律。

（6）混合型拓撲結構就是兩種或兩種以上的拓撲結構同時使用。優點：可以對網路的基本拓撲取長補短。缺點：網路配置掛包那裡難度大。

（7）蜂窩拓撲結構蜂窩拓撲結構是無線區域網中常用的結構。它以無線傳輸介質（微波、衛星、紅外線、無線發射台等）點到點和點到多點傳輸為特徵，是一種無線網，適用於城市網、校園網、企業網，更適合於移動通信。在計算機網路中還有其他類型的拓撲結構，如匯流排型與星形混合、匯流排型與環形混合連接的網路。在區域網中，使用最多的是星形結構。

隨著PWM技術的不斷發展和完善，開關電源以其高的性價比得到了廣泛的應用。開關電源的電路拓撲結構很多，常用的電路拓撲有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中，在半橋電路中，變壓器初級在整個周期中都流過電流，磁芯利用充分，且沒有偏磁的問題，所使用的功率開關管耐壓要求較低，開關管的飽和壓降減少到了最小，對輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由於以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開關電源設計中得到廣泛的應用。

開關電源常用的基本拓撲約有14種。

每種拓撲都有其自身的特點和適用場合。一些拓撲適用於離線式(電網供電的)AC/DC變換器。其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出；有些適合高壓輸入(≥220V AC)，有些適合120V AC或者更低輸入的場合；有些在高壓直流輸出(>～200V)或者多組(4～5組以上)輸出場合有的優勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出紋波和雜訊也是選擇拓撲經常考慮的因素。

一些拓撲更適用於DC/DC變換器。選擇時還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。另外，有些拓撲自身有缺陷，需要附加複雜且難以定量分析的電路才能工作。

因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優缺點及適用範圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就註定失敗。

開關電源常用拓撲：

buck開關型調整器拓撲、boost開關調整器拓撲、反極性開關調整器拓撲、推挽拓撲、正激變換器拓撲、雙端正激變換器拓撲、交錯正激變換器拓撲、半橋變換器拓撲、全橋變換器拓撲、反激變換器、電流模式拓撲和電流饋電拓撲、SCR振諧拓撲、CUK變換器拓撲

開關電源各種拓撲集錦先給出六種基本DC/DC變換器拓撲

依次為buck，boost，buck－boost，cuk，zeta，sepic變換器

樹形拓撲的缺點：

各個節點對根的依賴性太大。