1.3 物理网络拓扑
正如地形图展示了地形的样貌，网络的物理拓扑也是一种地图。它定义了网络的独特特点，比如所有工作站及其他设备的安置位置，所有物理媒介线缆的精确部署。尽管上述两种拓扑通常非常相似，但特定网络会拥有完全不同的物理拓扑和逻辑拓扑。你需要记住的是，网络的物理拓扑本质上是描绘出地形地貌，逻辑拓扑展示的是数据如何在这种布局中传输。
以下这些拓扑是你需要知道的。
- 总线拓扑
- 星型拓扑
- 环状拓扑
- 网状拓扑
- 点到点拓扑
- 点到多点拓扑
- 拓扑
1.3.1 总线拓扑
总线拓扑（Bus Topology）是最简单的一种，这种类型的拓扑真的与公交车（Bus）有些相像。（好吧，当然了——实际上，它看起来更像是在令人生厌的废墟上运行的公交车！）总之，总线拓扑由两个不同的终端构成，每个终端上的计算机连接在一条线缆上，并使用这条线缆进行通信。过去，我们曾将计算机以搭线的方式与主干线缆相连，但这种做法工作得不好，因此我们转而使用分支线缆（Drop Cable）来连接更多的计算机。但在使用10Base2以太网时，只需使用“T型连接器”就可以把设备连接到主干线缆的任何位置，无需使用分支线缆。
图1.8描绘了典型总线网络的物理拓扑。
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这种网络结构上的所有计算机都能看到线缆上传输的所有数据，但只有数据真正的目的地计算机才会真正获取该数据。使用总线拓扑的几项优势在于安装简单而且便宜，因为它不向其他物理拓扑类型那样，需要那么多的线缆。但它也有一些劣势：比如在排错、变更和移除上困难重重，并且无法提供足够的容错机制，因为所有设备都连接在单独的一条线缆上。
使用总线拓扑的LAN现在都使用双绞线（Twisted-Pair Wiring）进行连接，称为10BaseT以太网，这种用法延续到今日。10Base2和10BaseT也被称为经典“CSMA/CE半双工以太网”，第3章“以太网拓扑”中将对此进行详细介绍。
注意
顺便一提，容错是计算机或网络系统具备的一种能力，即能够自动地对意外情况做出响应（通常为解决问题），减少意外情况对网络造成的影响。如果网络中正确实施了容错机制，那么在发生问题时，极有可能网络用户都意识不到曾经发生过问题。
1.3.2 星型拓扑和扩展星型拓扑
星型拓扑（Start Topology）中的计算机是通过各自的线缆或无线连接，与中心点建立连接的。你会发现中心点设备常常是集线器、交换机或接入点。
星型拓扑比总线拓扑拥有更多优势，因此即使需要使用更多的物理媒介进行连接，星型拓扑的使用范围也远大于总线拓扑。星型拓扑的最佳特点是：由于每台计算机或每个网段是分别连接到中心设备的，若线缆出现故障，只会影响到单独的一台设备或一个网段。这真是一个好现象，网络获得了更多的容错能力，排错工作也简单了很多。星型拓扑的另一大好处在于网络的可扩展性增强了——在向网络中添加设备或网段时，你只需要用一根新线缆将设备连接到星型核心。在图1.9描绘了典型的星型拓扑。
尽管这种拓扑称为星型拓扑，但想象一下人们在描绘太阳时的形状，它更像是这种形状（太阳虽也是星星，但它看起来的样子绝对和我们描述它的样子不同，对吧）。你也可以换种说法，说星型结构像是自行车的车轮，车轮的辐条一头连接在中心的轮轴上，另一头向外延伸。而且跟自行车的车轮一样，如果星型网络的中心点设备发生故障，你的麻烦可就大了。如果中心的集线器总是发生故障，整个网络就会经常瘫痪，因此确保集线器不经常发生故障是非常必要的！
与其他实物一样，星型拓扑也有优点和缺点，但优点的重要性远远大于缺点，这就是为什么人们越来越多地选择使用星型拓扑的原因。使用星型拓扑会带来如下好处。
- 轻松且快速地添加新工作站。
- 单条线缆的故障不会影响整个网络。
- 相对更容易排错。
星型拓扑有如下劣势。
- 实施的总成本有所提升，因为要用到大量线缆（但价格正在不断降低）。
- 存在单点故障（集线器或其他中心设备）。
星型拓扑有两种更为复杂的实施方式。一种称为点到点链路（Point-to-Point Link），这时不仅位于中心的设备作为集线器使用，链路对端的设备也作为集线器使用。另一种称为扩展星型拓扑，我相信你能够想象得到，这种拓扑具有强大的可扩展性。
另一个经过改良的星型拓扑版本是无线连接，但在理解这个版本之前，你需要完全掌握无线星型拓扑中所有设备的能力和特性。现在，你只要知道接入点差不多是无线集线器或无线交换机就好了，它们的行为与有线设备相似。
注意
星型拓扑和扩展星型拓扑是交换机最为常用的拓扑类型，详见第2章。
1.3.3 环状拓扑
在这种类型的网络中，你会发现在同一网络中，每台计算机都直接连接了另一台计算机。如图1.10所示，网络中的数据流经过路径上的所有计算机回到源，网络的主干线缆形成一个环形。问题是，环状拓扑与总线拓扑有很多相似点，当你要向网络中添加设备时，必须中断这个线缆环路——这种行为会导致整个网络瘫痪。
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上述问题是这种拓扑类型不再常见的主要原因——不如20世纪80年代和90年代初那么常见了。其他原因包括高成本，因为需要使用线缆来连接每台计算机；重新配置工作困难重重；还有一个原因你可能已经猜到了，缺乏容错能力。
说了这么多，如果你在ISP工作，你可能会发现SONET技术或其他WAN技术所使用的物理拓扑为环状拓扑。LAN的物理拓扑不再使用环状拓扑了。
在20世纪80年代和90年代初，使用环状物理拓扑的LAN是令牌环（Token Ring）技术和FDDI（光纤分布式数据接口）技术。如今已经不再使用这些LAN技术了，但数据中心CCNA考试内容中仍提到了这部分内容。
1.3.4 网状拓扑
在这种类型的网络中，你会发现网络中的每台机器都直接连接了其他所有机器。这里会有大量连接——事实上网状拓扑是“单台设备拥有最多物理连接”的拓扑类型！现在的LAN环境中并不常使用（甚至从不使用）这种拓扑类型，但你会在WAN（包括Internet）中看到网状拓扑的一个变体：混合网状（Hybrid Mesh）。
混合网状拓扑网络能够建立冗余性（备份），但往往在特定设备之间实施更少的连接。有时也会在这种拓扑类型中使用其他类型的拓扑，这也就是将其命名为混合的原因。无论如何，只要不是在网络中所有设备之间都建立相互连接，这种网络就不是全网状拓扑。但混合网络拓扑也已经足够复杂了——图1.11展示出仅仅包含4台设备的网络可以达到怎样的复杂程度。
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随着布线和连接的增多，网络的复杂性也越来越强。若网络中有n个站点或主机，就需要有n(n–1)/2条连接。也就是说若网络中只有4台计算机，就需要4×（4-1）/2或6条连接。如果这个小网络增长为拥有10台计算机，需要的连接数就增长为45条——哎呀！这种增长趋势会带来庞大的开销，因此只有小型网络才可以真正应用并很好地管理这种拓扑类型。从好的一方面看，网状拓扑提供了良好的容错机制。但好在我们不再在企业LAN中使用网状拓扑了，这种网络实在难于管理。
注意
全网状物理拓扑是最不会出现冲突的网络。
这也就是当今WAN中常常使用混合网状拓扑的原因。事实上，网状拓扑在今天的应用中确实罕见。应用网状拓扑最主要的理由是它提供了强健的容错机制——由于建立了大量连接，因此一旦一条链路出现问题，计算机和其他网络设备能够轻松地切换到许多冗余（且运作正常）的连接上。但你也可以想到，网状拓扑中的所有线缆会使实施成本变得相当可观。而且你可以通过改为使用部分网状拓扑（Partial Mesh Topology），来大大减少网络管理的复杂性，何乐而不为呢？这样一来你可能会丧失一点点容错性能，但在使用部分网状路由时，你仍可以在所有网络设备上应用相同的技术。只要记住一点，部分网状拓扑中并不是所有设备之间都有相互连接，因此要谨慎地选择哪些设备需要互连。
1.3.5 点到点拓扑
从点到点（Point-to-Point）拓扑的名称就可以看出，这是在两台路由器之间建立一条直连链路，提供一条通信路径。在点到点拓扑中，两台路由器之间既可以通过串行线缆互连，构成一个物理网络；也可以相隔很远，并通过WAN网络中的链路相连，构成一个逻辑网络。
图1.12给出了几个很好的案例：T1和WAN点到点连接。
图中展示了一条闪电线路、两个中心画有箭头的圆盘，对吧？这两个画着箭头的圆盘表示的是网络中的两台路由器，闪电线路表示的是一条WAN链路（这些标识是建立在工业标准上的，全书都使用这些标识，要尽快熟悉它们）。
图中的第二部分画出两台计算机由一条线缆——点到点链路——相连。这是不是让你想起了什么我们刚刚提过的内容……还记得我们说过的端到端网络吗？还记得太好了！我希望你还记得端到端网络的一大缺点：扩展性不好。了解了这一点就不会对以下陈述感到惊讶了：两台设备若使用无线的方式建立点到点链接，网络的扩展性也不好。
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在当今WAN网络中，你会看到很多点到点网络，并且图1.12第三部分展示的，计算机与集线器或交换机之间的连接，也是点到点链接。使用这种连接方式的情景通常是：在两台无线网桥之间建立直连的无线连接，用于连接位于不同大厦内的计算机。
1.3.6 点到多点拓扑
依旧从名字就可以看出，点到多点（Point-to-Multipoint）拓扑是由一台路由器上的一个接口与多个目的地路由器建立起来的多条连接构成的——一个连接点与多个连接点之间建立多条连接。每台路由器上构成点到多点连接的每个接口都属于相同的网络。
图1.13所示WAN网络很好地描述了点到多点网络，本图描绘的是一台企业路由器与多台分支路由器相连。
图1.14展示了点到多点网络的另一个案例：大学或企业园区网。
1.3.7 混合拓扑
在介绍网状拓扑的段落中已经提到过混合网络拓扑，但没有给出网络拓扑案例。在这里我想声明混合拓扑（Hybrid Topology）的意思就是——在同一网络中，将两种或两种以上物理网络拓扑或逻辑网络拓扑结合使用。
图1.15描绘了一个简单的混合网络拓扑：LAN交换机或集线器位于星型拓扑的中心，并通过总线拓扑连接多台主机。
真实情况
线缆就只是线缆，对吗？
错！无论建立什么类型的网络，你都需要从头考虑网络的质量要求并从此逐渐深入。
想象一下，你正在电器商城为新居的家庭影院系统选购线缆。你已经花费大量时间和金钱选购了必需的设备。事实上，你的想法很可能已经改变了：为什么要在这里为如此棒的一套设备配置质量如此不对等的线缆呢？你的选择要明智得多。你知道选择合适的线缆，能够发挥这套设备最佳的音效和画面质量，同时也会为设备提供保护。
在你为特定网络（比如新的客户端/服务器网络）选择物理媒介的时候，也面临相同的问题——你一定不想在这方面节俭。因为这些线缆构成了网络的主干，你绝对不想在一切安装就绪后，再将线缆一根根挖出来。与其事后弥补，不如在实施前花费时间和金钱谨慎选择合适的线缆；事后弥补的成本更为庞大。网络瘫痪会导致公司付出巨大代价（双关语）。另一个谨慎选择网络物理媒介的理由是：这些线缆将会使用5～10年。这意味着两件事：线缆质量最好非常过硬；网络设计最好具有可扩展性，因为随着时间的发展，网络的规模会增长并发生变化。