コンピュータネットワークのトポロジーとは何ですか?-よくある問題-php.cn

コンピュータネットワークのトポロジーとは、オンラインコンピュータや装置、伝送媒体によって形成されるノードや回線の物理的な構造を指し、主にスタートポロジー、バストポロジー、リングトポロジー、ツリートポロジーなどがあります。トポロジ、メッシュトポロジ、スイッチング電源トポロジの中で、スターネットワークトポロジが最も広く使用されているネットワークトポロジです。

コンピュータネットワークのトポロジーとは何ですか?

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

コンピュータネットワークトポロジとは、コンピュータで構成されるネットワークにおけるデバイスの分布と接続状態を指します。これら 2 つをマップ上に描画して、トポロジマップを作成します。一般に、機器の位置、機器の名前の種類、機器間の接続媒体の種類を図に示す必要があります。物理トポロジと論理トポロジの 2 種類に分かれます。

コンピュータネットワークのトポロジ

コンピュータネットワークのトポロジとは、オンラインコンピュータまたは機器と伝送によって形成されるノードと接続を指します。メディア: 線の物理的なパターン。ネットワークノードには 2 種類あり、1 つは情報の変換と交換を行う転送ノード (ノードスイッチ、ハブ、端末コントローラなど)、もう 1 つはアクセスノード (コンピュータホストや端末など) です。線は、有形無形のさまざまな伝達メディアを表します。

構成

すべてのネットワーク構造は、ノード、リンク、パスウェイで構成されます。

1. ノード:ネットワークユニットとも呼ばれ、ネットワークシステムにおける各種データ処理装置、データ通信制御装置、データ端末装置のことです。一般的なノードには、サーバー、ワークステーション、回線、スイッチ、その他の機器が含まれます。

2. リンク: 2 つのノード間の接続は、実際の通信回線を指す物理リンクと論理リンク、ネットワークアクセスの 2 種類に分けられます。

3. パス: 情報を送信するノードから情報を受信するノードまでの一連のノードおよびリンク、つまり通信ネットワークを通じて確立される一連のノードからノードまでのチェーンを指します。

トポロジの一般的なタイプ

コンピュータネットワークは、トポロジに応じて、スタートポロジ、バストポロジ、リングトポロジに分類されます。ハイブリッドトポロジ、メッシュトポロジ、スイッチング電源トポロジ。

スタートポロジ

スタートポロジは、セントラルノードと、ポイントツーポイント通信リンクを介してセントラルノードに接続されたさまざまなサイトで構成されます。セントラルノードは集中的な通信制御戦略を実装するため、セントラルノードは非常に複雑ですが、各サイトの通信処理の負担は非常に小さくなります。スター型ネットワークで使用されるスイッチング方式には、回線交換とメッセージ交換が含まれますが、回線交換の方が一般的です。この構造でチャネル接続が確立されると、接続された 2 つのサイト間で遅延なくデータを送信できます。人気の PBX (構内交換機) は、スタートポロジの典型的な例です。

スター型トポロジの利点:

(1) シンプルな構造、便利な接続、比較的容易な管理と保守、および強力な拡張性。
(2) ネットワーク遅延時間が小さく、伝送エラーが少ない。
(3) 同一ネットワークセグメント内で複数の伝送メディアをサポートし、セントラルノードに障害が発生しない限り、ネットワークが麻痺しにくい。
(4) 各ノードは中央ノードに直接接続されているため、障害の検出と切り分けが容易で、障害のあるノードの排除も容易です。

したがって、スターネットワークトポロジは、最も広く使用されているネットワークトポロジです。

スタートポロジの欠点:

(1) 導入と保守のコストが高くなります
(2)リソースの共有能力が低い
(3) 通信回線は回線上のセントラルノードとエッジノードのみで使用されており、通信回線の利用率は高くありません
(4) セントラルノードの要件は非常に高く、セントラルノードに障害が発生すると、ネットワーク全体が麻痺します。

スタートポロジは、ネットワークインテリジェンスが中央ノードに集中している状況で広く使用されています。傾向から判断すると、コンピュータの発展は集中ホストシステムから多数の強力なマイクロコンピュータやワークステーションへと発展しており、この状況下では従来のスター型トポロジの使用は減少するでしょう。

バストポロジ

バストポロジでは、伝送媒体としてチャネルが使用され、すべてのステーションは、対応するハードウェアインターフェイスを介してこの公衆伝送媒体に直接接続されます。バスといいます。任意のステーションによって送信された信号は、伝送媒体に沿って伝播し、他のすべてのステーションによって受信されます。

すべてのステーションが共通の伝送チャネルを共有しているため、一度に信号を送信できるデバイスは 1 つだけです。通常、分散制御戦略は、どのステーションが送信できるかを決定するために使用されます。送信するとき、送信ステーションはメッセージをパケットに分割し、これらのパケットを 1 つずつ送信します。メディア上で送信するために他のステーションからのパケットと交互に送信する場合もあります。パケットが各ステーションを通過すると、宛先ステーションはパケットに含まれる宛先アドレスを認識し、これらのパケットの内容をコピーします。

バストポロジの利点:

(1) バス構造によりケーブル本数が少なく、ケーブル長も短く、配線や保守が容易です。
(2) バス構造がシンプルでソースから動作し、信頼性が高い。通信速度は最大1～100Mbpsと高速です。
(3) 拡張が容易、ユーザーの追加または削減に便利、シンプルな構造、簡単なネットワーク、便利なネットワーク拡張
( 4) 複数のノードが伝送チャネルを共有し、チャネル使用率が高い。

バストポロジのデメリット:

(1) バスの伝送距離が限られており、通信範囲が制限されます。
(2) 障害の診断と切り分けが困難です。
(3) 分散プロトコルはタイムリーな情報送信を保証できず、リアルタイム機能もありません。サイトはスマートでメディアアクセス制御機能を備えている必要があるため、サイトのハードウェアとソフトウェアのオーバーヘッドが増加します。

リングトポロジ

リングトポロジでは、エンドツーエンドで接続された閉ループ通信回線のリングインターフェイスを介して各ノードが接続されます。、リング上のどのノードも情報の送信を要求できます。リクエストが承認されると、情報がリングに送信されます。リングネットワーク内のデータは一方向または双方向に送信できます。リングはパブリックであるため、ノードから送信された情報はリング内のすべてのリングインターフェイスを通過する必要があり、情報フロー内の宛先アドレスがリング上のノードのアドレスと一致すると、その情報はリングインターフェイスで受信されます。その後、情報は、情報を送信したループインターフェイスノードに戻るまで、次のループインターフェイスに流れ続けます。

リングトポロジの利点:

(1) ケーブル長が短い。リングトポロジネットワークに必要なケーブル長は、バストポロジネットワークのケーブル長と同様ですが、スタートポロジネットワークよりもはるかに短くなります。
(2) ワークステーションを追加・削減する場合も、簡単な接続操作だけで済みます。
(3) 光ファイバーが使用可能です。光ファイバーの伝送速度は非常に高いため、リングトポロジの一方向伝送に非常に適しています。

リングトポロジの欠点:

(1) ノード障害により、ネットワーク全体に障害が発生します。これは、リング上のデータ送信はリングに接続されているすべてのノードを経由する必要があり、リング内のノードに障害が発生するとネットワーク全体に障害が発生するためです。
(2) 故障検出が困難。これはバストポロジと似ていますが、集中制御ではなく、障害検出はネットワーク上の各ノードで実行する必要があるため、それほど簡単ではありません。
(3) リングトポロジのメディアアクセス制御プロトコルはすべてトークンパッシングを使用するため、負荷が非常に軽い場合、チャネル使用率は比較的低くなります。

ツリートポロジ

ツリートポロジは、多レベルのスター構造で構成されると考えることができますが、この多レベルのスター構造はちょうど木のように上から下まで三角形に分布し、上部では枝と葉が少なく、中央では多く、下部では枝と葉が多くなります。ツリーの下部はネットワークのエッジ層に相当し、ツリーの中間部分はネットワークのアグリゲーション層に相当し、ツリーの上部はネットワークのコア層に相当します。階層型集中制御方式を採用しており、伝送媒体は複数分岐可能ですが閉ループを形成しておらず、各通信回線は双方向伝送に対応している必要があります。

ツリートポロジの利点:

(1) 拡張が容易。この構造は多くのブランチとサブブランチを拡張でき、これらの新しいノードと新しいブランチをネットワークに簡単に追加できます。
(2) 障害の切り分けが容易になります。特定のブランチ上のノードまたは回線に障害が発生した場合、障害が発生したブランチをシステム全体から簡単に分離できます。

ツリートポロジの欠点:

各ノードがルートに依存しすぎるため、ルートに障害が発生すると、ネットワーク全体が機能しなくなります。適切に機能することができます。この観点から見ると、ツリートポロジの信頼性はスタートポロジの信頼性にある程度似ています。

ハイブリッドトポロジ

ハイブリッドトポロジは、2 つの単一トポロジを混合し、両方の利点を活用するトポロジです。

1 つはスタートポロジとリングトポロジが混合された「スターリング」トポロジであり、もう 1 つはスタートポロジとバストポロジが混合された「スタートータル」トポロジです。

これら 2 つのハイブリッド構造には類似点があり、バストポロジの 2 つのエンドポイントを接続すると、リングトポロジになります。

ハイブリッドトポロジでは、アグリゲーションレイヤデバイスはリングトポロジまたはバストポロジを形成し、アグリゲーションレイヤデバイスとアクセスレイヤデバイスはスタートポロジを形成します。

ハイブリッドトポロジの利点:

(1) 障害の診断と切り分けがより便利になります。ネットワーク障害が発生した場合は、どのネットワークデバイスに障害があるかを診断し、そのネットワークデバイスをネットワーク全体から隔離するだけで済みます。
(2) 拡張が容易。ユーザーを拡大する場合は、新しいネットワークデバイスを追加するか、設計時に新しいサイトに接続できる予備の接続ポートを各ネットワークデバイスに残しておくことができます。
(3) 取り付けが簡単です。ネットワークのメインリンクはアグリゲーションレイヤデバイスに接続するだけでよく、その後ブランチリンクを介してアグリゲーションレイヤデバイスとアクセスレイヤデバイスを接続します。

ハイブリッドトポロジの欠点:

(1) ネットワーク障害の自動診断や障害ノードの切り分けを実現するには、インテリジェントなネットワーク機器を選択する必要があり、ネットワーク構築コストが比較的高くなります。
(2) スター型トポロジと同様に、アグリゲーション層デバイスからアクセス層デバイスまでのケーブル敷設長が大幅に長くなります。

ネットワークトポロジ

ネットワークトポロジ。この構造は広域ネットワークで広く使われており、ボトルネック問題や障害問題の影響を受けにくいという利点があります。ノード間には多数のパスがあるため、障害のあるコンポーネントや過剰な負荷のノードをバイパスして、データフローの送信に適切なルーティングを選択できます。この構造は比較的複雑でコストが比較的高く、上記の機能を提供するネットワークプロトコルも比較的複雑ですが、信頼性が高いため依然としてユーザーに歓迎されています。

ネットワークトポロジのアプリケーションの 1 つは BGP プロトコルです。 IBGP ピア間の接続を確保するには、IBGP ピア間に完全な接続関係、つまりメッシュネットワークを確立する必要があります。 AS 内に n 台のルーターがあると仮定すると、確立する必要がある IBGP 接続の数は n(n-1)/2 です。

メッシュトポロジの利点:

(1) ノード間のパスが多く、衝突やブロックが減少します。
(2) 局所障害はネットワーク全体に影響を与えず、信頼性が高い。

ネットワークトポロジの欠点:

(1) ネットワーク関係が複雑で、ネットワークの構築が難しく、簡単ではありません拡大するために。
(2) ネットワーク制御メカニズムは複雑であり、ルーティングアルゴリズムとフロー制御メカニズムを使用する必要があります。

スイッチング電源トポロジー

PWM 技術の継続的な開発と改善により、スイッチング電源はコストが高いため広く使用されてきました。パフォーマンス。スイッチング電源には多くの回路トポロジがあり、一般的に使用される回路トポロジには、プッシュプル、フルブリッジ、ハーフブリッジ、シングルエンドフォワード、シングルエンドフライバックなどがあります。このうちハーフブリッジ回路ではトランスの一次側に全サイクル通して電流が流れ、磁気コアがフル活用されバイアス問題が発生しないため、パワースイッチ管の耐圧要求が低く、飽和電圧が高くなります。スイッチ管の電圧降下が減少し、入力フィルタコンデンサに必要な電圧も少なくとも低くなります。上記の理由の多くにより、ハーフブリッジコンバータは高周波スイッチング電源設計で広く使用されています。

スイッチング電源では一般的に約 14 の基本的なトポロジが使用されます。

各トポロジには、独自の特徴と適用可能な場面があります。一部のトポロジは、オフライン (グリッド電源) AC/DC コンバータに適しています。低電力出力 ( ～ 200V) または複数のグループ (4 ～ 5 グループ以上) は出力状況で利点があり、同じ出力電力で使用するデバイスの数が少なくなったり、デバイスの数と信頼性の間でより適切な妥協点を持つものもあります。入出力リップルとノイズが小さいことも、トポロジーを選択する際によく考慮される要素です。

一部のトポロジは DC/DC コンバータにより適しています。選択する際には、高電力か低電力か、高電圧出力か低電圧出力か、必要な部品ができるだけ少ないかどうかも考慮する必要があります。さらに、一部のトポロジには独自の欠陥があり、動作させるためには複雑で定量的な分析が難しい追加の回路が必要です。

したがって、トポロジを適切に選択するには、さまざまなトポロジの長所、短所、および適用範囲を理解することが非常に重要です。選択を誤ると、電源設計が最初から失敗する運命に陥る可能性があります。

スイッチング電源の一般的に使用されるトポロジ:

降圧スイッチングレギュレータトポロジ、昇圧スイッチングレギュレータトポロジ、逆極性スイッチングレギュレータトポロジ、プッシュプルトポロジ、フォワードコンバータトポロジ、ダブルエンドフォワードエキサイタコンバータトポロジ、インターリーブフォワードコンバータトポロジ、ハーフブリッジコンバータトポロジ、フルブリッジコンバータトポロジ、フライバックコンバータ、電流モードトポロジおよび電流供給トポロジ、SCR 共振トポロジ、CUK コンバータトポロジ

さまざまなスイッチング電源の集合体電源トポロジでは、まず 6 つの基本的な DC/DC コンバータトポロジを示します。

順序は、降圧、昇圧、昇降圧、cuk、ゼータ、sepic コンバータです。

ツリートポロジの欠点: