網絡拓撲描述了網絡中不同節點如何相互連接和通信

2020-12-25 電子發燒友

選擇最合適的網絡布局對於任何系統的高效運行至關重要。對於無線網絡,這是高度相關的,因為它與延遲、功率、速度和冗餘等因素息息相關。

現代網絡由許多不同類型的設備組成,比如路由器、智慧型手機、藍牙耳機和智能燈泡,網絡上的每個設備都被稱為「節點」。

網絡拓撲描述了網絡中不同節點如何相互連接和通信。

簡單的網絡拓撲

業界存在許多種網絡拓撲,每種拓撲都具有不同的優點和缺點。

最簡單的網絡是點對點的。這是兩個節點之間的單一網絡連接。實際上,除了某些關鍵或特殊應用之外,現在很少需要僅僅連接兩個節點。一個現代的示例是通過藍牙進行的即席(ad-hoc)連接,用於蘋果的Airdrop文件共享服務或者模型飛機等物品的遠程控制等。

在網絡增添更多節點的最簡單方法是使用菊花連結,它有兩種形式:線性和環形。

線性菊花鏈是將第三個節點連接到現有節點之一,第四個節點連接到第三個節點,依此類推。這是一種簡單的方法,但隨著添加更多的節點,這種方法很快變得不切實際了。

在環形網絡中,第三個節點同時連接到兩個現有的節點,每個其他節點添加在兩個現有節點之間,以創建環路。每個節點恰好連接到另外兩個節點。數據在一個方向或兩個方向上圍繞環形傳輸,每個節點檢查數據並對其進行操作,或者重新傳輸直到它到達目的地。

菊花鏈可用於為連接設備(比如智能燈泡)創建網絡,但對於大多數用例,都有其它更好的解決方案。

用於擴大規模的解決方案

一旦我們向網絡增添了大量的節點,點對點和菊花鏈就變得效率低下。如果位於1,000個節點環形的兩側的兩個節點想要通信,那麼它們的數據必須首先通過500個其他節點。菊花鏈也容易出現錯誤,因為單個故障節點可能會導致大量中斷,並且在最壞的情況下會導致消息根本無法通過。

在總線拓撲中,我們將所有的設備連接到中央主幹(稱為總線),這類似於線性拓撲,但是具有帶著多個單一分支的單一線路。這是有線網絡中的常見拓撲,但在無線世界中沒有任何真正類似的拓撲。

雖然了解上述這些拓撲非常重要,但在現代無線生態系統中,這些拓撲均不常見。現在,我們將去了解更常見的架構。

無線網絡的星形拓撲

目前對無線網絡最有用的拓撲是星形拓撲,其中,每個節點都連接到一個中心集線器,該集線器將數據分發到任何需要到達的位置。

最明顯的示例是家庭網絡,所有節點(電話、印表機、平板電腦等)都連接到無線接入點(集線器),這通常既是本地網絡的路由器,也是到網際網路的橋梁。星形網絡非常適合同時無縫連接有線和無線節點。

這是實現無線網絡的一種簡單方法,但它存在兩個主要難題。處於系統中心的集線器是單一故障點。如果集線器發生故障,整個網絡將不再存在,導致設備根本無法通信。此外,星形拓撲中的設備均必須位於集線器的一定距離內。

為了增加彈性,以及通信範圍,我們需要更聰明的點子。

Mesh網絡

Mesh網絡有兩種類型,完整的和部分的。在完整的Mesh網絡中,每個節點直接連接到每個其他節點,這對彈性很有幫助,但無法增加通信範圍。這些網絡僅僅在100%冗餘是必不可少的軍事網絡等應用中實現。

另一方面,部分Mesh網絡的每個節點都連接到一個或多個其他節點。連接到多個其他節點增加了彈性,因為沒有了單點傳輸失敗。同時,它還改善了通信範圍,因為節點A可能與節點C不在直接通信範圍內,但是消息仍然可以通過節點B來傳輸。

Mesh網絡是物聯網中的最大發展領域,它們理論上允許無限的設備跨越無限的距離來連接。使用Mesh網絡,具有彈性的智能家居、智能企業和智能城市變成為現實。

混合網絡

如今,使用單一網絡拓撲的示例實際上越來越少。大多數網絡都是結合了一種或多種不同的拓撲結構的混合體。

樹形網絡是在一個總線網絡上將多個星形網絡連接在一起。當存在多個節點集群(例如在WAN網絡中)時,通常會使用此種方法。在這種情況下,每個節點連接到路由器以形成星形網絡,然後將各個路由器連接在一起,在它們之間創建總線連接。這也可以通過雪片(Snowflake)網絡完成,該網絡將多個星形網絡連接到單一中心節點,有如星形的星星(Star of Stars)。

網際網路是終級的混合網絡,它包括許多每種類型的單獨網絡,其中,總線、星形、環形和Mesh網絡都組合在一起。

標準化

增加Mesh網絡採用的關鍵是標準化。由於Mesh領域中的參與廠商急於通過業界對Mesh網絡的需求來獲利,因此通常會出現多種標準。儘管我們可能會看到市場上出現一個事實標準,但是,許多不同的標準將會在這個細分市場中共存。

目前的智能家居可能存在來自一家供應商的Mesh網絡燈泡和來自其他供應商的加熱控制Mesh網絡,這兩個網絡都連接到常規的星形網絡,允許用戶通過智慧型手機來控制它們。顯然,這種方案是低效的,從長遠來看對大家都沒有好處。

業界的主要目標是建立標準的Mesh網絡,所有的節點,無論是智慧型手機、筆記本電腦、燈泡還是傳感器,都可以加入其中。在這個目標實現之前還有一段路要走,不過,如果一旦實現,物聯網將能夠發揮真正的潛力。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容圖片侵權或者其他問題,請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 乾貨:無線網絡拓撲的種類及優缺點
    選擇最合適的網絡布局對於任何系統的高效運行至關重要。對於無線網絡,這是高度相關的,因為它與延遲、功率、速度和冗餘等因素息息相關。現代網絡由許多不同類型的設備組成,比如路由器、智慧型手機、藍牙耳機和智能燈泡,網絡上的每個設備都被稱為「節點」。網絡拓撲描述了網絡中不同節點如何相互連接和通信。
  • 網絡拓撲結構大全和實例
    星型拓撲結構的網絡屬於集中控制型網絡,整個網絡由中心節點執行集中式通行控制管理,各節點間的通信都要通過中心節點。每一個要發送數據的節點都將要發送的數據發送中心節點,再由中心節點負責將數據送到目地節點。因此,中心節點相當複雜,而各個節點的通信處理負擔都很小,只需要滿足鏈路的簡單通信要求。
  • ZigBee網絡的三種拓撲形式及其實際應用
    消息從一個節點如何路由至另一個節點完全取決於網絡拓撲。星形網絡有一個中心節點,所有消息都經它傳輸。簇樹形網絡有一個頂端節點,下面有枝有葉,消息先上行再下傳。網形網絡與簇樹形相似,但它的某些枝、葉可直接連結。網絡的基本單元是節點,單一網絡最多可設65535個節點。按功能區分,有簡化功能設備(RFD)和...
  • 區塊鏈節點的網絡拓撲!成都奧耶爾酒坊
    區塊鏈網絡用戶通過建立唯一標識的、可驗證的數字身份,合理設置對等網絡節點的連結數目、連接時長、地址列表大小、更新頻率、更新機制、連結選擇機制、異常檢測機制等。提供區塊鏈服務的平臺應具備基本的網絡邊界防護、網絡入侵檢測與病毒防禦機制。
  • 網絡地圖顆粒度基礎:AS級別的網絡拓撲採集
    將每個節點或連結與時間戳相關聯將使用戶能夠靈活地決定他們想要拓撲如何"新鮮"。其他輔助信息包括節點和鏈路的類型,以及從哪些數據源收集。最新版本:由於網際網路每天都在變化,拓撲收集過程應該是自動化的,每天更新拓撲。易於使用:拓撲結構應在網絡上發布,並包括當前估計值和過去拓撲估計值。
  • 如何使用網絡拓撲管理IT?
    首先我們來解釋一下網絡拓撲的含義,所謂「網絡拓撲」就是把實體抽象成與其大小、形狀無關的「點」,而把連接實體的線路抽象成「線」,進而以圖的形式來表示這些點與線之間關係的方法,其目的在於研究這些點、線之間的相連關係。表示點和線之間關係的圖被稱為網絡拓撲結構圖。
  • 潘建偉團隊再發Nature,首次展現完整天地一體化廣域量子通信網絡
    在量子力學裡,幾個粒子在彼此相互作用後會綜合形成整體性質,科學家們無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,原理上,無論相距多遠,一對糾纏量子只要其中一粒狀態產生變化,另外一粒也會立即出現相應的轉變,愛因斯坦曾將這種現象稱為「鬼魅般的超距作用」。而且,由於任何外界的探測都會改變量子糾纏的形態,因而量子通信一旦被竊聽,雙方都會迅速察覺並放棄通信。
  • 網絡基礎知識百問百答 初級網絡工程師或網絡管理員必備
    它是指計算機與位於小物理位置的其他網絡設備之間的連接。  5)什麼是節點?  節點是指連接發生的點。它可以是作為網絡一部分的計算機或設備。為了形成網絡連接,需要兩個或更多個節點。  6)什麼是路由器?  路由器可以連接兩個或更多網段。這些是在其路由表中存儲信息的智能網絡設備,例如路徑,跳數等。有了這個信息,他們就可以確定數據傳輸的最佳路徑。
  • 身為網絡工程師,你能說清楚網絡的概念嗎?
    計算機網絡拓撲的定義計算機網絡拓撲是通過網中節點與通信線路之間的幾何關係表示網絡結構,反映出網絡中各實體之間的結構關係。計算機網絡拓撲是指通信子網的拓撲構型。它對網絡性能、系統可靠性與通信費用都有重大影響。2.
  • 黑客大佬們討論的網絡拓撲結構究竟是什麼?
    常見的計算機區域網路拓撲結果有:星型、環型、總線型、樹型和網狀拓撲結構。優點:很容易在網絡中增加新的站點,數據的安全性和優先級容易控制;易實現網絡監控,網絡延遲時間短。(2)環型拓撲結構環型拓撲結構是各站點通過通信介質連成一個封閉的環型,各節點通過中繼器連入網內,各中繼器首尾相連。環型網絡通信方式是一個站點發出信息,網上的其他站點完全可以接收。
  • 無線傳感器網絡的拓撲結構及硬體系統的主要組成
    無線傳感器網絡的拓撲結構與應用簡介 無線傳感器網絡是由散布在工作區域中大量的體積小、成本低、具有無線通信、傳感和數據處理能力的傳感器節點組成的。每個節點可能具有不同的感知形態,例如聲納、震動波、紅外線等,節點卻可以完成對目標信息的採集、傳輸、決策制定與實施,實現區域監控、目標跟蹤、定位和預測等任務。
  • 計算機網絡基礎第四章-計算機網絡類型及其特徵
    拓撲(Topology)是幾何學中借來的一個名詞。什麼是拓撲結構呢?網絡的拓撲結構是指網絡中各節點的互連構型,也就是連接布線的方式。每個樓棟交換機下面又連接了若干個樓層交換機,最左邊的樓層交換機和最右邊的樓層交換機下面又連接了集線器,用戶的主機又和集線器相連,或者和樓層交換機相連,作為這個樹型拓撲結構中最下面的葉子節點。
  • 100 個網絡基礎知識
    骨幹網絡是集中的基礎設施,旨在將不同的路由和數據分發到各種網絡。它還處理帶寬管理和各種通道。4)什麼是 LAN?LAN 是區域網的縮寫。它是指計算機與位於小物理位置的其他網絡設備之間的連接。5)什麼是節點?節點是指連接發生的點。它可以是作為網絡一部分的計算機或設備。為了形成網絡連接,需要兩個或更多個節點。
  • 從一種拓撲視角來優化神經網絡的連通性的解讀
    不同於這些相對稀疏的連接形式,DenseNet提出將層與層之間全部連接復用特徵表示。現有的一些網絡結構搜索(NAS)方法也嘗試進行連接方式的搜索。在一定程度上,這些拓撲層面的改進反映了拓撲連接對優化過程的影響。但是為了平衡設計成本和性能,這些網絡大多採用堆疊的方式來構建最終的結構,一定程度上限制了拓撲的可能性。因此,我們思考:神經網絡的連通性可以被優化嗎?合適的方法是什麼?
  • 100個網絡基礎知識點普及!
    它是指計算機與位於小物理位置的其他網絡設備之間的連接。5)什麼是節點?節點是指連接發生的點。它可以是作為網絡一部分的計算機或設備。為了形成網絡連接,需要兩個或更多個節點。6)什麼是路由器?路由器可以連接兩個或更多網段。這些是在其路由表中存儲信息的智能網絡設備,例如路徑,跳數等。有了這個信息,他們就可以確定數據傳輸的最佳路徑。
  • (附思維導圖下載)100 個網絡基礎知識普及,看完成半個網絡高手!
    有 7 個 OSI 層:物理層,數據鏈路層,網絡層,傳輸層,會話層,表示層和應用層。3)什麼是骨幹網? 骨幹網絡是集中的基礎設施,旨在將不同的路由和數據分發到各種網絡。它還處理帶寬管理和各種通道。4)什麼是 LAN? LAN 是區域網的縮寫。它是指計算機與位於小物理位置的其他網絡設備之間的連接。5)什麼是節點? 節點是指連接發生的點。
  • 連接未來的網絡——語義網
    圖:來源於企通查(http://www.edulabdata.com/)為了能夠實現人與電腦間的無障礙溝通,就需要能夠有一種根據語義進行判斷的智能網絡,而語義網正是這樣一個為了使網絡上的數據變得機器可讀而提出的一個通用框架,「Semantic」表示用更豐富的方式表達數據背後的含義,「Web」表示將這些數據相互連接,組成一個龐大的信息網絡。
  • 白話 OSI 七層網絡模型
    協議協議(protocol)是一組相互商定的規則,允許網絡中的兩個節點交換數據。「協議定義了管理通信過程中語法(可通信的內容)、語義(如何通信)以及同步(何時通信以及通信的速度)的規則。協議可以由硬體、軟體或二者的組合實現。協議可以由任何人創建,但是最被廣泛採納的協議都是基於標準的。」
  • 100 個常用網絡基礎知識,你知道幾個?
    骨幹網絡是集中的基礎設施,旨在將不同的路由和數據分發到各種網絡。它還處理帶寬管理和各種通道。4)什麼是 LAN?LAN 是區域網的縮寫。它是指計算機與位於小物理位置的其他網絡設備之間的連接。5)什麼是節點?
  • 總線型拓撲結構優缺點是什麼
    什麼是拓撲結構   計算機網絡拓撲結構是指網絡中各個站點相互連接的形式,在區域網中明確一點講就是文件伺服器、工作站和電纜等的連接形式。現在最主要的拓撲結構有總線型拓撲、星形拓撲、環形拓撲、樹形拓撲(由總線型演變而來)以及它們的混合型。