無線網路拓撲詳解

2019-3-20 09:43| 查看: 1697| 评论: 1

現代網路由許多不同類型的設備組成，無論是路由器、智慧型手機、藍牙耳機還是智慧燈泡，網路上的每一設備都稱為一個「節點」，而網路拓撲則描述了網路中不同節點如何互相連接和通訊。

對於任何系統的高效運作，選擇最合適的網路佈局都是極其重要的。而對於無線網路，這更是關鍵，因為網路佈局與延遲、功率、速度和冗餘等因素息息相關。

現代網路由許多不同類型的設備組成，無論是路由器、智慧型手機、藍牙耳機還是智慧燈泡，網路上的每一設備都稱為一個「節點」。

網路拓撲描述了網路中不同節點如何互相連接和通訊。

簡單的網路拓撲

市面上有許多網路拓撲，每種拓撲具有不同的優點和缺點。

最簡單的是點對點的網路。這是兩個節點之間的單一網路連接。實際上，除了某些關鍵或特殊應用之外，現在只需要連接兩個節點的情況很少。一個現代的例子是透過藍牙進行的ad-hoc連接，它可用於蘋果的Airdrop檔案分享服務或者模型飛機等裝置的遠端控制等。

要在網路中加進更多節點時，使用菊鏈(daisy-chaining)是最簡單方法，它有兩種形式：線形(Linear)和環狀(Ring)。

線形菊鏈可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，但隨著加進更多的節點，這種方法很快地就會變得不切實際。

在環狀網路中，第三個節點同時連接到兩個現有的節點。要再增加更多節點時，可以在兩個現有節點之間加入另一個節點，以建立一個迴路。每個節點恰好連接到另外兩個節點。資料以單一方向或雙向繞著該環進行傳送，每個節點檢查資料並對其進行操作，或者重新傳送，直到資料到達目的地。

菊鏈可為連接設備(比如智慧燈泡)建立網路，但對於大多數的使用案例，則還有更好的解決方案。

用於擴大規模的解決方案

一旦要在網路中加進大量的節點，則點對點和菊鏈就會變得效率不彰。如果位於1,000個節點環狀兩側的兩個節點想要通訊，那麼它們的資料必須先通過500個其他節點。菊鏈也容易出現錯誤，因為只要一個節點故障，便可能會導致大量中斷，並且在最壞的情況下，會導致訊息根本無法通過。

在匯流排拓撲中，可將所有的設備連接到中央主幹(稱為匯流排)，這與線性拓撲類似，但它是單一線路帶著多個單一的分支。這是有線網路中常見的拓撲，但在無線世界中沒有任何真實類似安排的拓撲。

雖然瞭解這些拓撲非常重要，但在現代無線生態系統中，這些拓撲均不常見。接下來，將介紹一些較常見的架構。

無線網路星狀拓撲

星狀拓撲是目前對無線網路最有用的拓撲，其中，每個節點都連接到一個中心集線器，再由該集線器將資料分送到它該去的位置。

家用網路是最顯著的例子，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)，它通常既是本地網路的路由器，也是連接到網際網路的橋接器，星狀網路非常適合同時無縫連接有線和無線節點。

這是實現無線網路的一種簡單方法，但它有兩個主要的挑戰。首先，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，整個網路就不再存在，導致設備根本無法通訊，星狀拓撲還要求所有設備都要放置於集線器的一定距離內。

為了增加彈性，以及通訊範圍，需要更聰明的點子。

Mesh網路

Mesh網路有兩種類型：完全型(full)和部分型(partial)。在完全型Mesh網路中，每個節點直接連接到所有其他的節點，這對提高彈性很有幫助，但無法擴大通訊範圍。這些網路僅在100%冗餘是不可少的軍事網路等應用中實現。

另一方面，在部分型Mesh網路中，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可增加彈性，因為沒有了單點傳輸失敗的情況。同時，它還改善了通訊範圍，因為節點A可能與節點C不在直接通訊範圍內，但是訊息仍然可以透過節點B來傳送。

Mesh網路是物聯網中最大的發展領域，它們理論上可以讓無限的設備跨越無限的距離來連接。利用Mesh網路，將可實現具有彈性的智慧家庭、智慧企業和智慧城市。

混合網路

在今天實際的應用上，使用單一網路拓撲的例子是越來越少了。大多數網路是一種或多種不同拓撲結構的結合，而成為一種混合式的網路。

樹狀網路就是在匯流排網路上將多個星狀網路連接在一起。當有多個節點群集(例如在WAN網路中)時，通常會使用這種方法。在此一情況下，每個節點連接到路由器以形成星狀網路，然後將各個路由器連接在一起，在它們之間形成匯流排連接。這也可以利用雪片狀網路完成，該網路將多個星狀網路連接到單一中心節點，如同一個星狀之星(Star of Stars)。

網際網路是終極的混合網路，它包括每一類型的多個單獨網路，其中，匯流排、星狀、環狀和Mesh網路都結合在一起。