工业以太网的常用网络拓朴结构特点揭示

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1、工业以太网的常用网络拓朴结构特点揭示一、单星形网络结构单星形网络结构，是最传统的以太网拓朴结构，在普通办公以太网中应用最为广泛，其主要结构如图一所示。所谓的单星形网络结构，是最基本的以太网拓朴结构之一。其特点是将所有的下层节点(二级交换机)均单独连接至中心节点(核心交换机)。(一)结构优势1.结构简单，传输效率高因为各下层节点均与上层节点直接连接，所以单星形网络其结构一目了然，是一种分层的网络结构，具有较高的传输效率。2.设备数量少，投资小因为单星形的网络结构未作任何链路和设备的冗余配置，所以采用的设备数量较少，可以节约投资。(二)结构缺陷1.无

2、冗余功能，可靠性很低单星形网络作为一种最简单的以太网络，未提供任何链路和设备的冗余功能。所以，采用单星形结构的网络系统，所有的设备和链路均存在单点故障(不允许出现任何网络故障)，任何一处设备或链路发生故障，均可造成网络系统的故障。单星形网络结构的这一特性，可称之为"完全单点故障"，这也是单星形网络系统最根本的弱点。2.中心节点的核心交换机(通常也叫做根网桥)是系统瓶颈星形网络结构的特点就是同一级别的交换机并不直接连接，而是通过上一级的交换机进行数据交换和通信，级别越高的交换机其通信负载越大，对设备可靠性和交换能力的要求越高。同时，作为星形网络根网

3、桥的核心交换机，不但具有最大的数据流量和负载，而在单星形网络中，核心交换机一旦发生故障，将造成整个网络系统的瘫痪，其故障风险非常高。因此，星形网络结构的特点就是节点的级别越高，配置的设备档次就越高，而一旦出现故障，对整个网络系统的影响就越大，核心交换机成为整个网络系统的瓶颈，这也是任何星形结构的网络系统的固有特点。(三)适用性因为单星形网络结构的可靠性较低，传输效率较高且投资较小，所以通常适用于数据传输突发性强，数据量大，但对传输实时性和可靠性要求较低的普通民用办公环境。在工业环境中，这种简单而没有任何冗余功能的网络结构，较少采用。二、双星形网络

4、结构双星形网络结构是在单星形网络结构的基础上发展而来的，其本质就是在同一个网络系统中，设置完全独立的两套单星形结构(所有节点均冗余设置两台交换机)，所有终端设备均同时在两台交换机上，从而解决了单星形网络结构没有冗余功能的根本缺陷，避免了网络系统的单点故障。双星形的网络拓朴结构如图二所示。(一)结构优势1.结构简单，传输效率高因为在双星形网络中，各下层链路仍与上层交换机直接连接，所以与单星形网络结构类似的，双星形网络系统仍是一种分层的网络结构，具有较高的传输效率。2.具有完整的冗余功能，网络可靠性高双星形网络其实是由完全独立的两套单星形网络所组成；

5、在整个系统中，所有的节点(包括中心节点和所有下层节点)均设置有两套的网络交换机，各下层节点与中心节点之间也采用了两套互为冗余的链路进行连接，所以完全不存在单点故障。在双星形的网络系统中，最少可容许同时出现一处链路故障和一处网络设备故障，而不会对网络系统的正常运行造成影响，其系统的可靠性高。另外，两套系统完全相互隔离，为系统的安全性和可靠性也提供了更多的保证。(二)结构缺陷1.核心交换机(根网桥)是系统瓶颈因为双星形网络实质上仍然是一种星形网络结构，仍然具有星形网络系统的固有特点，所以还无法避免核心交换机成为风险最高、数据流量最大的系统瓶颈。2.设

6、备和链路数量多，投资高由于采用了完全相同的单星形网络来构成系统，所以与单星形网络结构相比，必然带来了设备和链路的数量加倍，以及投资增加的问题。3.结构相对复杂，网络自愈时间长(10秒级)由于双星形网络的采用了两套设备和链路，其结构相对比较复杂。而这两套单星形的系统完全独立，并不能直接识别另一套系统的状态，所以网络系统出现故障时，更多的依赖于服务器或上位机的软件系统进行判断和识别，网络设备需要重新寻址，因此，双星形网络系统的故障自愈时间较长，一般在10-30秒之间。(三)适用性因为双星形网络结构的可靠性高和传输效率较高，但投资较大，所以适合对数据传

7、输实时性、网络系统可靠性和数据传输效率要求比较高，并且资金比较充裕的用户。这种结构，普遍的应用于金融、电信等民用行业的关键业务系统中，近几年在关注网络系统可靠性的工业行业中应用也比较广泛。三、单环单节点网络结构环形结构是工业行业中应用最广泛的一种网络结构，其特点是将中心节点和各下层节点串接成环形，因而在节约投资的基础上，使网络系统具有了最基本的链路冗余功能。所谓单环单节点网络结构，是最基本的环形结构，只在各节点均采用单套网络设备，各设备之间采用单一链路进行连接。其网络结构如图三所示。由上述结构图可以看出，所谓的环形结构，已经具有了基本的链路冗余功

8、能，当网络系统中的某一条链路发生故障而断开时，单环结构会自动变为一种单星形(或总线形)结构，不会对整个系统的适用造成影响。(一)结构优势