Was sind die Topologien von Computernetzwerken?

Die Topologie eines Computernetzwerks bezieht sich auf die physische Struktur von Knoten und Linien, die von Online-Computern oder -Geräten und Übertragungsmedien gebildet werden. Sie umfasst hauptsächlich Sterntopologie, Bustopologie, Ringtopologie, Baumtopologie und Hybridtopologie, Mesh-Topologie und Switching Die Stromversorgungstopologie ist die am weitesten verbreitete Netzwerktopologie.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Computernetzwerktopologie bezieht sich auf die Verteilung und den Verbindungsstatus von Geräten in einem aus Computern bestehenden Netzwerk. Zeichnen Sie sie auf die Karte, um eine Topologiekarte zu erstellen. Im Allgemeinen sollten der Standort des Geräts, der Name des Gerätetyps und die Art des Verbindungsmediums zwischen den Geräten im Diagramm angegeben werden. Es ist in zwei Typen unterteilt: physische Topologie und logische Topologie.

Die Topologie eines Computernetzwerks

Die Topologie eines Computernetzwerks bezieht sich auf das physische Muster von Knoten und Linien, die von Online-Computern oder -Geräten und Übertragungsmedien gebildet werden. Es gibt zwei Arten von Netzwerkknoten: Der eine ist der Übertragungsknoten, der Informationen umwandelt und austauscht, einschließlich Knoten-Switches, Hubs und Terminal-Controllern; der andere ist der Zugangsknoten, der Computer-Hosts und Terminals umfasst. Linien stellen verschiedene Übertragungsmedien dar, sowohl materielle als auch immaterielle.

Zusammensetzung

Jede Netzwerkstruktur besteht aus Knoten, Verbindungen und Pfaden.

1. Knoten: Auch als Netzwerkeinheit bekannt. Dabei handelt es sich um verschiedene Datenverarbeitungsgeräte, Datenkommunikationssteuergeräte und Datenendgeräte im Netzwerksystem. Zu den allgemeinen Knoten gehören Server, Workstations, Leitungen, Switches und andere Geräte.

2. Verbindung: Die Verbindung zwischen zwei Knoten kann in zwei Typen unterteilt werden: physische Verbindung und logische Verbindung. Erstere bezieht sich auf die tatsächliche Kommunikationsleitung und letztere bezieht sich auf den logisch funktionierenden Netzwerkpfad.

3. Pfad: Bezieht sich auf eine Reihe von Knoten und Verbindungen vom Knoten, der Informationen an den Knoten sendet, der Informationen empfängt, d.

Gängige Topologietypen

Computernetzwerke werden in Sterntopologie, Bustopologie, Ringtopologie, Baumtopologie, Hybridtopologie, Mesh-Topologie und Schaltnetzteiltopologie unterteilt.

Sterntopologie

Sterntopologie besteht aus einem zentralen Knoten und verschiedenen Standorten, die über Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen mit dem zentralen Knoten verbunden sind. Der zentrale Knoten implementiert eine zentralisierte Kommunikationssteuerungsstrategie, sodass der zentrale Knoten recht komplex ist und die Kommunikationsverarbeitungslast jedes Standorts sehr gering ist. Zu den in Sternnetzen verwendeten Vermittlungsmethoden gehören Leitungsvermittlung und Nachrichtenvermittlung, wobei Leitungsvermittlung häufiger vorkommt. Sobald in dieser Struktur eine Kanalverbindung hergestellt ist, können Daten ohne Verzögerung zwischen den beiden verbundenen Standorten übertragen werden. Die beliebte PBX (Private Branch Exchange) ist ein typisches Beispiel für eine Sterntopologie.

Vorteile der Sterntopologie:

• (1) Einfache Struktur, bequeme Verbindung, relativ einfache Verwaltung und Wartung sowie starke Skalierbarkeit.

• (2) Die Netzwerkverzögerungszeit ist gering und der Übertragungsfehler gering.

• (3) Unterstützt mehrere Übertragungsmedien innerhalb desselben Netzwerksegments. Sofern der zentrale Knoten nicht ausfällt, wird das Netzwerk nicht so leicht lahmgelegt.

• (4) Jeder Knoten ist direkt mit dem zentralen Knoten verbunden, Fehler sind leicht zu erkennen und zu isolieren und fehlerhafte Knoten können leicht beseitigt werden.

Daher ist die Sternnetzwerktopologie die am weitesten verbreitete Netzwerktopologie.

Nachteile der Sterntopologie:

• (1) Höhere Installations- und Wartungskosten

• (2) Schlechte Fähigkeit zur gemeinsamen Nutzung von Ressourcen

• (3) Eine Kommunikationsleitung wird nur von dieser Leitung verwendet, die zentrale Knoten verwendet und Edge-Knoten im Internet ist die Auslastung der Kommunikationsleitungen nicht hoch

• (4) Die Anforderungen an den zentralen Knoten sind recht hoch. Sobald der zentrale Knoten ausfällt, wird das gesamte Netzwerk lahmgelegt.

Sterntopologie wird häufig in Situationen verwendet, in denen die Intelligenz des Netzwerks auf den zentralen Knoten konzentriert ist. Dem Trend nach zu urteilen, hat sich die Entwicklung von Computern von zentralisierten Hostsystemen zu einer großen Anzahl leistungsstarker Mikrocomputer und Workstations entwickelt. In dieser Situation wird die Verwendung der traditionellen Sterntopologie reduziert.

Bustopologie

Die Bustopologie verwendet einen Kanal als Übertragungsmedium. Alle Stationen sind über die entsprechende Hardwareschnittstelle direkt mit diesem öffentlichen Übertragungsmedium verbunden. Das von einer Station gesendete Signal breitet sich über das Übertragungsmedium aus und kann von allen anderen Stationen empfangen werden.

Da sich alle Stationen einen gemeinsamen Übertragungskanal teilen, kann jeweils nur ein Gerät das Signal übertragen. Um zu bestimmen, welche Station senden kann, wird normalerweise eine verteilte Steuerungsstrategie verwendet. Beim Senden teilt die sendende Station die Nachricht in Pakete auf und sendet diese Pakete dann einzeln, manchmal abwechselnd mit Paketen von anderen Stationen, zur Übertragung auf dem Medium. Wenn die Pakete jede Station durchlaufen, erkennt die Zielstation die von den Paketen getragene Zieladresse und kopiert dann den Inhalt dieser Pakete.

Vorteile der Bustopologie:

• (1) Die Busstruktur erfordert eine geringe Anzahl an Kabeln, kurze Kabellängen und ist einfach zu verdrahten und zu warten.

• (2) Die Busstruktur ist einfach und funktioniert von der Quelle aus, sodass eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Die Übertragungsrate ist hoch, bis zu 1~100 Mbit/s.

• (3) Einfache Erweiterung, bequemes Hinzufügen oder Reduzieren von Benutzern, einfache Struktur, einfache Vernetzung, bequeme Netzwerkerweiterung

• (4) Mehrere Knoten teilen sich einen Übertragungskanal und die Kanalauslastung ist hoch .

Nachteile der Bustopologie:

• (1) Die Übertragungsentfernung des Busses ist begrenzt und die Kommunikationsreichweite ist eingeschränkt.

• (2) Fehlerdiagnose und -isolierung sind schwierig.

• (3) Verteilte Protokolle können die zeitnahe Übertragung von Informationen nicht garantieren und verfügen nicht über Echtzeitfunktionen. Die Site muss intelligent sein und über Funktionen zur Medienzugriffskontrolle verfügen, was den Hardware- und Softwareaufwand der Site erhöht.

Ringtopologie

In der Ringtopologie ist jeder Knoten über eine Ringschnittstelle in einer geschlossenen Ringkommunikationsleitung Ende an Ende verbunden. Jeder Knoten im Ring kann das Senden von Informationen anfordern. Sobald die Anfrage genehmigt wurde, können Informationen an den Ring gesendet werden. Daten im Ringnetz können in eine Richtung oder in zwei Richtungen übertragen werden. Da der Ring öffentlich ist, müssen die von einem Knoten gesendeten Informationen alle Ringschnittstellen im Ring passieren. Wenn die Zieladresse im Informationsfluss mit der Adresse eines Knotens im Ring übereinstimmt, werden die Informationen von der Ringschnittstelle empfangen der Knoten, und dann fließen die Informationen weiter zur nächsten Schleifenschnittstelle, bis sie zurück zum Schleifenschnittstellenknoten fließen, der die Informationen gesendet hat.

Vorteile der Ringtopologie:

• (1) Kurze Kabellänge. Die erforderliche Kabellänge für ein Netzwerk mit Ringtopologie ähnelt der für ein Netzwerk mit Bustopologie, ist jedoch viel kürzer als für ein Netzwerk mit Sterntopologie.

• (2) Beim Hinzufügen oder Entfernen von Arbeitsstationen ist nur ein einfacher Verbindungsvorgang erforderlich.

• (3) Es können Glasfasern verwendet werden. Die Übertragungsrate von Glasfasern ist sehr hoch, was sich sehr gut für die unidirektionale Übertragung der Ringtopologie eignet.

Nachteile der Ringtopologie:

• (1) Ein Knotenausfall führt zum Ausfall des gesamten Netzwerks. Dies liegt daran, dass die Datenübertragung im Ring über jeden mit dem Ring verbundenen Knoten erfolgen muss. Sobald ein Knoten im Ring ausfällt, führt dies zu einem Ausfall im gesamten Netzwerk.

• (2) Fehlererkennung ist schwierig. Dies ähnelt der Bustopologie, da es sich nicht um eine zentralisierte Steuerung handelt und die Fehlererkennung an jedem Knoten im Netzwerk durchgeführt werden muss, was nicht sehr einfach ist.

• (3) Medienzugriffskontrollprotokolle in Ringtopologie verwenden alle Token-Passing. Wenn die Last sehr gering ist, ist die Kanalauslastung relativ gering.

Baumtopologie

Die Baumtopologie besteht aus einer mehrstufigen Sternstruktur, mit der Ausnahme, dass diese mehrstufige Sternstruktur wie ein Baum in einem Dreieck von oben nach unten verteilt ist Die oberen Zweige haben weniger Blätter, die mittleren mehr Blätter und die unteren Zweige haben die meisten Blätter. Der untere Teil des Baums entspricht der Randschicht im Netzwerk, der mittlere Teil des Baums entspricht der Aggregationsschicht im Netzwerk und der obere Teil des Baums entspricht der Kernschicht im Netzwerk. Es verwendet eine hierarchische zentralisierte Steuerungsmethode und sein Übertragungsmedium kann mehrere Zweige haben, es bildet jedoch keinen geschlossenen Regelkreis. Jede Kommunikationsleitung muss die bidirektionale Übertragung unterstützen.

Vorteile der Baumtopologie:

• (1) Einfach zu erweitern. Diese Struktur kann viele Zweige und Unterzweige erweitern, und diese neuen Knoten und neuen Zweige können problemlos zum Netzwerk hinzugefügt werden.

• (2) Fehlerisolierung ist einfacher. Wenn ein Knoten oder eine Leitung in einem bestimmten Zweig ausfällt, lässt sich der ausgefallene Zweig leicht vom gesamten System isolieren.

Nachteile der Baumtopologie:

• Jeder Knoten ist zu stark von der Wurzel abhängig. Wenn die Wurzel ausfällt, funktioniert das gesamte Netzwerk nicht ordnungsgemäß. Unter diesem Gesichtspunkt ähnelt die Zuverlässigkeit der Baumtopologie in gewisser Weise der der Sterntopologie.

Hybridtopologie

Hybridtopologie ist eine Topologie, die zwei einzelne Topologien mischt und die Vorteile beider nutzt.

Eine davon ist die „Stern-Ring“-Topologie, die eine Mischung aus Stern-Topologie und Ring-Topologie ist, und die andere ist eine „Stern-Gesamt“-Topologie, die eine Mischung aus Stern-Topologie und Bus-Topologie ist.

Diese beiden Hybridstrukturen weisen Ähnlichkeiten auf. Wenn die beiden Endpunkte der Bustopologie miteinander verbunden werden, entsteht eine Ringtopologie.

In einer Hybridtopologie bilden die Geräte der Aggregationsschicht eine Ring- oder Bustopologie, und die Geräte der Aggregationsschicht und die Geräte der Zugriffsschicht bilden eine Sterntopologie.

Vorteile der Hybridtopologie:

• (1) Fehlerdiagnose und -isolierung sind bequemer. Sobald ein Netzwerkfehler auftritt, müssen Sie lediglich diagnostizieren, welches Netzwerkgerät fehlerhaft ist, und das Netzwerkgerät vom gesamten Netzwerk isolieren.

• (2) Einfach zu erweitern. Wenn Sie die Anzahl der Benutzer erweitern möchten, können Sie neue Netzwerkgeräte hinzufügen oder beim Entwurf einige freie Verbindungsanschlüsse in jedem Netzwerkgerät belassen, die an neue Standorte angeschlossen werden können.

• (3) Einfach zu installieren. Die Hauptverbindung des Netzwerks muss nur eine Verbindung zu den Geräten der Aggregationsschicht herstellen und verbindet dann die Geräte der Aggregationsschicht und die Geräte der Zugriffsschicht über Zweigverbindungen.

Nachteile der Hybridtopologie:

• (1) Es ist notwendig, intelligente Netzwerkgeräte zu verwenden, um eine automatische Diagnose von Netzwerkfehlern und die Isolierung fehlerhafter Knoten zu realisieren. Die Kosten für den Netzwerkaufbau sind relativ hoch.

• (2) Wie bei der Sterntopologie erhöht sich die Kabelinstallationslänge vom Aggregation-Layer-Gerät zum Access-Layer-Gerät erheblich.

Mesh-Topologie

Mesh-Topologie. Diese Struktur wird häufig in Weitverkehrsnetzen verwendet und hat den Vorteil, dass sie nicht von Engpassproblemen und Ausfallproblemen betroffen ist. Da es viele Pfade zwischen Knoten gibt, kann für die Übertragung von Datenflüssen ein geeignetes Routing gewählt werden, das ausgefallene Komponenten oder überlastete Knoten umgeht. Obwohl diese Struktur relativ komplex ist, die Kosten relativ hoch sind und das Netzwerkprotokoll, das die oben genannten Funktionen bereitstellt, ebenfalls relativ komplex ist, wird es von Benutzern aufgrund seiner hohen Zuverlässigkeit dennoch begrüßt.

Eine Anwendung der Mesh-Topologie ist das BGP-Protokoll. Um die Konnektivität zwischen IBGP-Peers sicherzustellen, muss eine vollständig verbundene Beziehung, also ein Mesh-Netzwerk, zwischen IBGP-Peers aufgebaut werden. Unter der Annahme, dass es n Router innerhalb eines AS gibt, beträgt die Anzahl der aufzubauenden IBGP-Verbindungen n(n-1)/2.

Vorteile der Mesh-Topologie:

• (1) Es gibt viele Pfade zwischen Knoten und Kollisionen und Überlastungen werden reduziert.

• (2) Lokale Fehler wirken sich nicht auf das gesamte Netzwerk aus und die Zuverlässigkeit ist hoch.

Nachteile der Netzwerktopologie:

• (1) Die Netzwerkbeziehung ist komplex, das Netzwerk ist schwierig aufzubauen und nicht einfach zu erweitern.

• (2) Der Netzwerkkontrollmechanismus ist komplex und es müssen Routing-Algorithmen und Flusskontrollmechanismen verwendet werden.

Schaltnetzteil-Topologie

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung der PWM-Technologie sind Schaltnetzteile aufgrund ihres hohen Kosten-Leistungs-Verhältnisses weit verbreitet. Es gibt viele Schaltungstopologien für Schaltnetzteile. Zu den häufig verwendeten Schaltungstopologien gehören Push-Pull, Vollbrücke, Halbbrücke, Single-Ended-Forward und Single-Ended-Flyback. Unter anderem fließt in der Halbbrückenschaltung während des gesamten Zyklus Strom durch die Primärwicklung des Transformators, der Magnetkern wird vollständig ausgenutzt und es gibt kein Vorspannungsproblem. Die verwendeten Leistungsschalterröhren haben geringere Spannungsfestigkeitsanforderungen und die Sättigungsspannung Der Spannungsabfall der Schaltröhre wird verringert, gleichzeitig sind auch die Spannungsanforderungen für den Eingangsfilterkondensator geringer. Aus vielen der oben genannten Gründe werden Halbbrückenwandler häufig in Hochfrequenz-Schaltnetzteildesigns verwendet.

Es gibt etwa 14 Grundtopologien, die üblicherweise in Schaltnetzteilen verwendet werden.

Jede Topologie hat ihre eigenen Eigenschaften und anwendbaren Situationen. Einige Topologien eignen sich für Offline-AC/DC-Wandler (netzgespeist). Einige von ihnen sind für eine niedrige Ausgangsleistung (<200 W) geeignet, einige sind für eine hohe Ausgangsleistung geeignet (≥220 V AC), einige sind für 120 V AC oder niedrigere Eingangssituationen geeignet für Hochspannungs-Gleichstromausgang (>~200 V) Oder mehrere Gruppen (mehr als 4 bis 5 Gruppen) haben in Ausgangssituationen Vorteile, einige verwenden weniger Geräte bei gleicher Ausgangsleistung oder haben einen besseren Kompromiss zwischen der Anzahl der Geräte und der Zuverlässigkeit. Geringere Eingangs-/Ausgangswelligkeit und geringeres Rauschen sind ebenfalls Faktoren, die bei der Auswahl einer Topologie häufig berücksichtigt werden.

Einige Topologien eignen sich besser für DC/DC-Wandler. Bei der Auswahl müssen Sie auch berücksichtigen, ob es sich um eine hohe Leistung oder eine niedrige Leistung, einen Hochspannungsausgang oder einen Niederspannungsausgang handelt und ob möglichst wenige Komponenten erforderlich sind. Darüber hinaus haben einige Topologien ihre eigenen Mängel und erfordern zusätzliche Schaltkreise, die komplex sind und sich nur schwer quantitativ analysieren lassen, damit sie funktionieren.

Um die Topologie richtig auszuwählen, ist es daher sehr wichtig, mit den Vor- und Nachteilen und dem Anwendungsbereich verschiedener Topologien vertraut zu sein. Die falsche Wahl kann ein Netzteildesign von Anfang an zum Scheitern bringen.

Häufig verwendete Topologien von Schaltnetzteilen:

Buck-Schaltregler-Topologie, Boost-Schaltregler-Topologie, Reverse-Polarity-Schaltregler-Topologie, Push-Pull-Topologie, Vorwärtswandler-Topologie, Double-Ended-Vorwärtswandler-Topologie, verschachtelte Vorwärtswandler-Topologie, halb -Brückenwandlertopologie, Vollbrückenwandlertopologie, Sperrwandler, Strommodustopologie und Stromeinspeisetopologie, SCR-Resonanztopologie, CUK-Wandlertopologie

Zuerst wird eine Sammlung verschiedener Schaltnetzteiltopologien gegeben. Die sechs grundlegenden DC/DC-Wandlertopologien

sind Buck, Boost, Buck-Boost, Cuk, Zeta, Sepic Converter

Nachteile der Baumtopologie:

• Jeder Knoten ist zu stark von der Wurzel abhängig.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in der Rubrik „FAQ“!

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