网络拓扑结构

总线型(Bus)

描述

所有公交站点共用一条车道，车道每次只能通行一辆车

传输方式

通讯协议

为避免多车同时抢道导致碰撞，车辆遵守此路段规则（CSMA/CD协议）

如果两辆车同时进入此车道，就会触发礼让机制，暂停行驶、随机等待后重试(退避算法)

二进制指数退避算法(Binary Exponential Backoff Algorithm)

退避算法是以冲突窗口为基准，每个站点有一个冲突计数器。

退避的时间与冲突次数具有指数关系，冲突次数越多，退避的时间就可能越长，达到限定的冲突次数，该站点停止发送数据。

算法过程：

1. 确定基本退避时间，一般为端到端的往返时间为2t，2t也称为冲突窗口或争用期。

2. 定义参数k，k与冲突次数有关，规定k不能超过10，k=Min[冲突次数，10]。在冲突次数大于10，小于16时，k不再增大，一直取值为10。

3. 从离散的整数集合 [0,1,2，……，(2k-1)] 中随机的取出一个数r，等待的时延为r倍的基本退避时间，等于 r x 2t。r的取值范围与冲突次数k有关，r可选的随机取值为2k个、这也是称为二进制退避算法的起因。

4. 当冲突次数大于10以后，都是从 0 ~ 2^10 - 1 个2t中随机选择一个作为等待时间。

5. 当冲突次数超过16次后，发送失败，丢弃传输的帧，发送错误报告。

举例
如果第二次发生碰撞：
n = 2
k = MIN(2,10) = 2
R = {0, 1, 2, 3}
延迟时间 = R * 512 * Bit-time
其中：Bit-time = 1 / Debit
例如：
对于传输速率Debit = 10 Mbit/s,
那么Bit-time = 0.1 us
延迟时间={0, 51.2 us, 102.4 us, 153.6 us} 其中任取一

冲突窗口

冲突窗口是指此路段中，最远的两个站点间往返传播所需的时间，两倍的单程传播时延。

D = 站点间距离
V = 传播速度

2 x D/V

冲突窗口时间结束时未检测到冲突，则视为数据传输成功

总线故障

车道地面塌陷导致此路段整体交通瘫痪

优点

结构简单，电缆的成本非常低，因此被广泛用于构建小型网络

添加新节点相对容易（只要主干线有接口）

缺点

某一节点故障会影响其他节点

两个站点无法同时通行，通讯效率低下， 定位总线上的故障点比较麻烦。

所有设备共享同一通信介质，节点数量增多时冲突加剧，性能显著下降

星型(Star)

描述

中通外直，不蔓不枝 ——《爱莲说》<宋>周敦颐

每条叶脉都通过一条点对点链路与中心主茎相连。

传输方式

任意两条叶脉之间都必须通过中心主杆，并且只能通过中心主杆进行通信。

中心主杆通过存储转发技术实现两条叶脉之间的数据传送，其设备可以是集线器，也可以是交换机。

中心点故障

中心主杆阻断，所有叶脉无法完成供应，整体瘫痪

优点

易于管理和故障诊断，一个节点或连接线故障通常不影响其他节点

易于扩展，添加新节点只需从中心设备拉一条线，不影响现有网络。

中心点控制，便于在中心点实施监控、管理和安全策略。

缺点

中心设备（交换机/集线器）故障会导致其连接的所有节点无法通信（使用集线器时整个网段瘫痪）。

布线成本较高，需要更多的电缆（每个节点一条线连接到中心）。

依赖中心设备，中心设备的性能和可靠性至关重要。

环型(Ring)

描述

手链的每颗珠子正好有两颗相邻珠子用于通信，每颗珠子都连接到另一颗珠子，都是最后一颗珠子与第一颗珠子组合在一起。

传输方式

数据沿着环，单向或双向传递，直到找到目标珠子。比如你发消息给环上第三个人，消息会经过前两个珠子才能到达。

优点

有序的数据传输，数据沿环单向或双向传输，避免了冲突。

确定性延迟，可以预测数据绕环一周所需的时间，适合某些实时应用（早期令牌环）。

相对公平，每个节点都有机会发送数据（令牌传递机制）。

缺点

单点故障影响大，环上任何一个节点或一段链路故障可能导致整个网络中断（除非采用双环或自愈机制）。

扩展性较差，添加或移除节点需要中断环网。

故障诊断可能复杂，定位环上的故障点可能比星型拓扑困难。