網絡拓撲結構是指用傳輸媒體互聯各種設備的物理布局。將參與LAN工作的各種設備用媒體互聯在一起有多種方法,實際上只有幾種方式能適合LAN的工作。
如果一個網絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱為點對點連接。用這種方式形成的網絡稱為全互聯網絡,如下圖所示。
圖中有6個設備，在全互聯情況下,需要15條傳輸線路。如果要連的設備有n個,所需線路將達到n(n-1)/2條!顯而易見,這種方式只有在涉及地理范圍不大，設備數很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環境,在LAN技術中也不使用。我們所說的拓撲結構，是因為當需要通過互聯設備(如路由器)互聯多個LAN時,將有可能遇到這種廣域網(WAN)的互聯技術。目前大多數網絡使用的拓撲結構有3種:
① 星行拓撲結構;
② 環行拓撲結構;
③ 總線型拓撲結;
1.星型拓撲結構
星型結構是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結構，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網的星型結構,圖(b)為目前使用最普遍的以太網(Ethernet)星型結構,處于中心位置的網絡設備稱為集線器,英文名為Hub。
(a)電話網的星行結構 (b)以Hub為中心的結構
這種結構便于集中控制,因為端用戶之間的通信必須經過中心站。由于這一特點,也帶來了易于維護和安全等優點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信但這種結構非常不利的一點是,中心系統必須具有極高的可靠性,因為中心系統一旦損壞，整個系統便趨于癱瘓。對此中心系統通常采用雙機熱備份,以提高系統的可靠性。
這種網絡拓撲結構的一種擴充便是星行樹,如下圖所示。每個Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級連而形成樹。然而,應當指出,Hub級連的個數是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。
還應指出,以Hub構成的網絡結構,雖然呈星型布局,但它使用的訪問媒體的機制卻仍是共享媒體的總線方式。
2.環型網絡拓撲結構
環型結構在LAN中使用較多。這種結構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶,直到將所有端用戶連成環型,如圖5所示。這種結構顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統的依賴性。
環行結構的特點是,每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連,因而存在著點到點鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱。例如圖5中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數據發送到N端，則幾乎要繞環一周才能到達N端。
環上傳輸的任何報文都必須穿過所有端點,因此,如果環的某一點斷開,環上所有端間的通信便會終止。為克服這種網絡拓撲結構的脆弱,每個端點除與一個環相連外，還連接到備用環上,當主環故障時,自動轉到備用環上。
3.總線拓撲結構
總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，如下圖所示。使用這種結構必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發送數據時不能出現沖突。在點到點鏈路配置時,這是相當簡單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中,對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環境下,由于所有數據站都是平等的,不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網絡使用的媒體訪問方法:帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問,英文縮寫成CSMA/CD。
這種結構具有費用低、數據端用戶入網靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優點。缺點是一次僅能一個端用戶發送數據，其它端用戶必須等待到獲得發送權。媒體訪問獲取機制較復雜。盡管有上述一些缺點,但由于布線要求簡單,擴充容易,端用戶失效、增刪不影響全網工作,所以是網絡技術中使用最普遍的一種。
如果一個網絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱為點對點連接。用這種方式形成的網絡稱為全互聯網絡,如下圖所示。
圖中有6個設備，在全互聯情況下,需要15條傳輸線路。如果要連的設備有n個,所需線路將達到n(n-1)/2條!顯而易見,這種方式只有在涉及地理范圍不大，設備數很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環境,在LAN技術中也不使用。我們所說的拓撲結構，是因為當需要通過互聯設備(如路由器)互聯多個LAN時,將有可能遇到這種廣域網(WAN)的互聯技術。目前大多數網絡使用的拓撲結構有3種:
① 星行拓撲結構;
② 環行拓撲結構;
③ 總線型拓撲結;
1.星型拓撲結構
星型結構是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結構，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網的星型結構,圖(b)為目前使用最普遍的以太網(Ethernet)星型結構,處于中心位置的網絡設備稱為集線器,英文名為Hub。
(a)電話網的星行結構 (b)以Hub為中心的結構
這種結構便于集中控制,因為端用戶之間的通信必須經過中心站。由于這一特點,也帶來了易于維護和安全等優點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信但這種結構非常不利的一點是,中心系統必須具有極高的可靠性,因為中心系統一旦損壞，整個系統便趨于癱瘓。對此中心系統通常采用雙機熱備份,以提高系統的可靠性。
這種網絡拓撲結構的一種擴充便是星行樹,如下圖所示。每個Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級連而形成樹。然而,應當指出,Hub級連的個數是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。
還應指出,以Hub構成的網絡結構,雖然呈星型布局,但它使用的訪問媒體的機制卻仍是共享媒體的總線方式。
2.環型網絡拓撲結構
環型結構在LAN中使用較多。這種結構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶,直到將所有端用戶連成環型,如圖5所示。這種結構顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統的依賴性。
環行結構的特點是,每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連,因而存在著點到點鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱。例如圖5中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數據發送到N端，則幾乎要繞環一周才能到達N端。
環上傳輸的任何報文都必須穿過所有端點,因此,如果環的某一點斷開,環上所有端間的通信便會終止。為克服這種網絡拓撲結構的脆弱,每個端點除與一個環相連外，還連接到備用環上,當主環故障時,自動轉到備用環上。
3.總線拓撲結構
總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，如下圖所示。使用這種結構必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發送數據時不能出現沖突。在點到點鏈路配置時,這是相當簡單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中,對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環境下,由于所有數據站都是平等的,不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網絡使用的媒體訪問方法:帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問,英文縮寫成CSMA/CD。
這種結構具有費用低、數據端用戶入網靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優點。缺點是一次僅能一個端用戶發送數據，其它端用戶必須等待到獲得發送權。媒體訪問獲取機制較復雜。盡管有上述一些缺點,但由于布線要求簡單,擴充容易,端用戶失效、增刪不影響全網工作,所以是網絡技術中使用最普遍的一種。
