環型結構

環型網路拓撲結構主要套用於採用同軸電纜（也可以是光纖）作為傳輸介質的令牌網中，是由連線成封閉迴路的網路節點組成的。

基本介紹

• 中文名：環型結構
• 外文名：ring topology
• 又稱：環型網路拓撲結構
• 主要套用：同軸電纜作為傳輸介質的令牌網
• 組成：連線成封閉迴路的網路節點

環型結構概述

環型結構網路中的每一節點是通過環中繼轉發器(RPU)與它左右相鄰的節點串列連線，在傳輸介質環的兩端各加上一個阻抗匹配器就形成了一個封閉的環路，這樣在邏輯上就相當於形成了一個封閉的環路，“環型”結構的命名起因就在於此。

環型結構的網路形式主要套用於令牌網中，在這種網路結構中各設備是直接通過電纜來串接的，最後形成一個閉環，整個網路傳送的信息就是在這個環中傳遞，通常把這類網路稱之為"令牌環網"。

實際上在多數套用場景這種拓撲結構的網路不會是所有計算機真的要連線成物理上的環型。一般情況下，環的兩端是通過一個阻抗匹配器來實現環的封閉，因為在實際組網過程中因地理位置的限制不方便真的做到環的兩端物理連線。

環型拓撲結構的網路主要有如下幾個特點：

（1）環型網路結構一般僅適用於IEEE 802.5的令牌網（Token ring network），在這種網路中，"令牌"是在環型連線中依次傳遞。所用的傳輸介質一般是同軸電纜。

（2）環型網路結構實現也非常簡單，投資最小。可以從網路結構示意圖中看出，組成環型網路除了各工作站就是傳輸介質--同軸電纜，以及一些連線器材，沒有價格昂貴的節點集中設備，如集線器和交換機。但也正因為這樣，所以這種網路所能實現的功能最為簡單，僅用於一般的檔案服務模式。

（3）傳輸速度較快。在令牌網中允許有16Mbps的傳輸速度，它比普通的10Mbps乙太網要快許多。隨著乙太網的廣泛套用和乙太網技術的發展，乙太網的速度也得到了極大提高，目前普遍都能提供100Mbps的網速，遠比16Mbps要高。

（4）維護困難。從網路結構可以看到，整個網路各節點間是直接串聯，這樣任何一個節點出了故障都會造成整個網路的中斷、癱瘓，維護起來非常不便。另一方面因為同軸電纜所採用的是插針式的接觸方式，所以非常容易造成接觸不良，網路中斷，而且這樣查找起來非常困難。

（5）擴展性能差。因為它的環型結構，決定了它的擴展性能遠不如星型結構的好，如果要新添加或移動節點，就必須中斷整個網路，在環的兩端作好連線器才能連線。

令牌環網工作原理

環型網路的一個典型代表是採用同軸電纜作為傳輸介質的IEEE 802.5的令牌環網(Token ring network)。目前也有用光纖作為傳輸介質的環型網，大大提高了環型網的性能。令牌環網路結構最早由IBM推出，最初的同軸電纜令牌網傳輸速率為4Mbps或16Mbps，較當時只有2Mbps的乙太網性能高出好幾倍，所以在當時得到了廣泛的套用。但隨著乙太網技術的跳躍式發展，令牌環網路技術性能就顯得不能適應時代的要求，逐漸被淘汰了。

在令牌環網路中，RPU(轉發器)從其中的一個環段(稱為“上行鏈路")上獲取幀中的每個位信號，再生(整形和放大)並轉發到另一環段(稱為“下行鏈路")。如果幀中宿(目的)地址與本節點地址一致，複製MAC幀，並送給附接本RPU的節點。在這種網路中，MAC幀會無止境地在環路中再生和轉發，由傳送節點完成。其中有專門的環監控器，監視和維護環路的工作。RPU負責網段的連線、信息的複製、再生和轉發、環監控等。一旦RPU出現故障就可導致網路癱瘓。

在令牌環網路中，擁有“令牌"的設備才允許在網路中傳輸數據。這樣可以保證在某一時間內網路中只有一台設備可以傳送信息。在環型網路中信息流只能是單方向的，每個收到信息包的站點都向它的下游站點轉發該信息包。信息包在環型網路中傳輸一圈，最後由傳送站進行回收。當信息包經過目的站時，目的站根據信息包中的目標地址判斷出自己是接收站，並把該信息拷貝到自己的接收緩衝區中。環路上的傳輸介質是各個計算機公用的，一台計算機傳送信息時必須經過環路的全部接口。只有當傳送信息的目標地址與環路上某台計算機的地址相符合時，才被該計算機的環接口所接受，否則，信息傳至下一個計算機的環接口。

以上是數據的接收方式，在數據的傳送方面，這種網路中，平時在環上流通著一個叫令牌的特殊信息包，只有得到令牌的站才可以發信息，當一個站傳送完信息後就把令牌向下傳送，以便下游的站點可以得到傳送信息的機會。環型網路的訪問控制一般是分散式的管理，在物理上環型網路本身就是一個環，因此它適合採用令牌環訪問控制方法。有時也有集中式管理，這時就得有專門的設備負責訪問控制管理。而環型網路中的各個計算機傳送信息時都必須經過環路的全部環接口，如果一個環接口程式故障，整個網路就會癱瘓，所以對環接口的要求比較高。為了提高可靠性，當一個接口出現故障時，採用環旁通的辦法。

環型結構優缺點

環型結構的主要優點

（1）網路路徑選擇和網路組建簡單

在環型結構網路中，信息在環型網路中流動是一個特定的方向，每兩個計算機之間只有一個通路，簡化了路徑的選擇，路徑選擇效率非常高。

因此初始安裝比較容易，由於按環型連線，所以傳輸線路較短。

（2）投資成本低

這主要體現在兩個方面：一方面是線材的成本非常低。在環型網路中各計算機連線在同一條傳輸電纜上，所以它的傳輸電纜成本就非常低，電纜利用率相當高，節省了投資成本；另一方面，由於這種網路中沒有任何其他專用網路設備，所以無須花費任何投資購買網路設備。

由於環網是單向連線和點到點連線，也非常適合於在光線傳輸介質。

環型結構的主要缺點

(1)傳輸速度慢

這是它最終不能得到發展和用戶認可的最根本原因。出現時較當時的10Mbps乙太網在速度上有一定優勢(因為它可以實現16Mbps的接入速率)，但由於這種網路技術後來一直沒有任何發展，速度仍在原來水平，相對現在最高可達到10Gbps的乙太網來說，實在是太落後了，連無線區域網路的傳輸速度都遠遠超過了它。這么低的連線性能決定了它只能承受被淘汰的局面，所以目前這種網路結構技術可能只在實驗室中見到。

(2)連線用戶數非常少

在這種環型結構中，各用戶是相互串聯在一條傳輸電纜上的，本來傳輸速率就非常低，再加上共享傳輸介質，各用戶實際可能分配到的頻寬就非常低了，而且還沒有任何中繼設備，所以這種網路結構可連線的用戶數就非常少，通常只是幾個用戶，最多不超過20個。

（3）傳輸效率低

因為這種環型網路共享一條傳輸介質，每傳送一個令牌數據都要在整個環狀網路中從頭走到尾，哪怕是已有節點接收了數據。在有節點接收數據後，也只是複製了令牌數據，令牌還將繼續傳遞，看是否還有其他節點需要同樣一份數據，直到回到傳送數據的節點。這樣一來，傳輸速率本來就非常低的網路傳輸效率就更加低了。

（4）擴展性能差

因為是環型結構，且沒有任何可用來擴展連線的設備，決定了它的擴展性能遠不如星型結構的好。如果要新添加或移動節點，就必須中斷整個網路，在適當位置切斷網線，並在兩端做好環中繼器轉發器才能連線。並且受網路傳輸性能的限制，這種網路連線的用戶數非常有限，也不能隨意擴展。

（5）維護困難

雖然在這種網路中只有一條傳輸電纜，看似結構也非常簡單，但它仍是一個閉環，設備都連線在同一條串列連線的環路上，所以一旦某個節點出現了故障，整個網路將出現癱瘓。並且在這樣一個串列結構中，要找到具體的故障點還是非常困難的，必須一個個節點排除，非常不便。另一方面因為同軸電纜所採用的是插針接觸方式，也非常容易出現接觸不良，造成網路中斷，網路故障率非常高。

套用建議

綜上所述，環型拓撲結構乙太網性能太差，因為它利用的是IEEE 802.5令牌環標準，傳輸性能低、連線用戶少、可擴展性差、維護困難等這些都是它致命的弱點，這也決定了它不能得以繼續發展和套用的命運。這種網路在20世紀90年代中期以前還有些套用，主要套用於那些小型個體企業，連線的用戶數一般是10多個。現在基本上不用了，即使只有幾個用戶，因為它的傳輸性能太差，16Mbps的傳輸速率遠不能滿足當前企業網路複雜套用的高頻寬需求。現在無線區域網路性能有了大幅提高，54Mbps主流速率也遠比16Mbps高，網路成本上雖然可能有些高(畢竟環型網不用網路設備)，但就目前的這些網路設備價格水平，根本不會影響用戶的購買。所以，建議用戶在新構建的網路系統中不要選用這種網路結構。