0.2 网络拓扑 (Network Topology)

"拓扑结构决定了网络的可靠性、扩展性和成本。"

什么是拓扑？

拓扑 (Topology) 是指网络设备在物理上或逻辑上的连接方式。简单来说，就是网络的几何形状。

我们需要区分两个概念：

1. 物理拓扑 (Physical Topology)：设备实际是怎么用线连起来的（肉眼看得到的）。
2. 逻辑拓扑 (Logical Topology)：数据在信号层面是怎么流动的（肉眼看不到，由协议决定）。

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常见的拓扑类型

1. 总线型 (Bus Topology) - 已淘汰，但需了解原理

所有设备都连接在一根公共的同轴电缆上。

      [终端A]    [终端B]    [终端C]
         |          |          |
<--------+----------+----------+--------> 公共总线 (同轴电缆)

• 特点：结构简单，省线。
• 致命弱点：
  • 单点故障：主干线缆一旦断裂，整个网络瘫痪。
  • 冲突：同一时刻只能有一台设备发数据（像对讲机），效率极低。
• 现状：现代局域网已不再使用，但其CSMA/CD（载波监听）机制是理解以太网起源的关键。

2. 环型 (Ring Topology)

设备连成一个闭合的环。

      [设备A]
     /       \
 [设备D]----[设备B]
     \       /
      [设备C]

• 特点：数据沿一个方向传输。
• 现状：
  • 早期的 IBM Token Ring（令牌环）已被以太网取代。
  • 但在城域网/运营商网络中依然常用！例如 RPR 或 ERPS (G.8032) 技术，利用环形结构实现光纤断裂时的毫秒级自动倒换保护。

3. 星型 (Star Topology) - 局域网(LAN)的绝对主流

所有设备都连接到一个中央节点（通常是交换机 Switch）。

      [电脑A]   [电脑B]
          \     /
           \   /
          [交换机]  <-- 中央节点
           /   \
          /     \
      [打印机]  [服务器]

• 优点：
  • 易管理：增加或移除设备不影响其他设备。
  • 故障隔离：电脑A的网线断了，只影响电脑A，不影响电脑B。
• 缺点：
  • 单点故障：如果中央的交换机坏了，全网瘫痪。（解决方案：双机热备，后面会学）。
  • 成本：需要大量的网线。
• 现状：你办公室、家里的网络 99% 都是星型拓扑。

4. 网状 (Mesh Topology) - 广域网(WAN)与核心层的首选

设备之间有多个连接，形成网状。

    [路由器A]-------[路由器B]
       |   \       /   |
       |    \     /    |
       |     \   /     |
       |      \ /      |
    [路由器C]-------[路由器D]

• 全网状 (Full Mesh)：每两台设备间都有线连。
  • 公式：连接数 = $N \times (N-1) / 2$。
  • 可靠性最高，但太贵了。
• 部分网状 (Partial Mesh)：只有关键节点之间互联。
• 优点：高冗余。A到B的线断了，可以绕路走C。这是互联网永不掉线的秘密。
• 现状：用于互联网核心骨干、大型数据中心核心层。

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进阶：现代企业网络架构 (三层架构)

在实际的企业网络（Campus Network）设计中，我们通常结合使用上述拓扑，形成经典的树状/分层结构：

1. 接入层 (Access Layer)：
   • 拓扑：星型。
   • 作用：连接用户（PC、电话）。
   • 设备：二层交换机 (L2 Switch)。
2. 汇聚层 (Distribution Layer)：
   • 拓扑：冗余连接（部分网状）。
   • 作用：策略控制、VLAN汇聚。
   • 设备：三层交换机 (L3 Switch)。
3. 核心层 (Core Layer)：
   • 拓扑：网状 (Mesh)。
   • 作用：高速转发，不做复杂策略。
   • 设备：高性能路由器或核心交换机。

思考题

如果你的公司有 100 台电脑，为了省钱，你把它们像“糖葫芦”一样一台接一台串起来（菊花链 Daisy Chain），这属于什么拓扑？会有什么后果？