環型結構

環型結構網絡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行連接，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。

環型結構的網絡形式主要應用於令牌網中，在這種網絡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，整個網絡發送的信息就是在這個環中傳遞，通常把這類網絡稱之為"令牌環網"。

實際上在多數應用場景這種拓撲結構的網絡不會是所有計算機真的要連接成物理上的環型。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接。

環型拓撲結構的網絡主要有如下幾個特點：

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

（2）環型網絡結構實現也非常簡單，投資最小。可以從網絡結構示意圖中看出，組成環型網絡除了各工作站就是傳輸介質--同軸電纜，以及一些連接器材，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，所以這種網絡所能實現的功能最為簡單，僅用於一般的文件服務模式。

（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以太網要快許多。隨着以太網的廣泛應用和以太網技術的發展，以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。從網絡結構可以看到，整個網絡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絡的中斷、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，網絡中斷，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，就必須中斷整個網絡，在環的兩端作好連接器才能連接。

環型網絡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。令牌環網絡結構最早由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的以太網性能高出好幾倍，所以在當時得到了廣泛的應用。但隨着以太網技術的跳躍式發展，令牌環網絡技術性能就顯得不能適應時代的要求，逐漸被淘汰了。

在令牌環網絡中，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。在這種網絡中，MAC幀會無止境地在環路中再生和轉發，由發送節點完成。其中有專門的環監控器，監視和維護環路的工作。RPU負責網段的連接、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絡癱瘓。

在令牌環網絡中，擁有“令牌"的設備才允許在網絡中傳輸數據。這樣可以保證在某一時間內網絡中只有一台設備可以傳送信息。在環型網絡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。信息包在環型網絡中傳輸一圈，最後由發送站進行回收。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，一台計算機發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，在數據的發送方面，這種網絡中，平時在環上流通着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，當一個站發送完信息後就把令牌向下傳送，以便下游的站點可以得到發送信息的機會。環型網絡的訪問控制一般是分散式的管理，在物理上環型網絡本身就是一個環，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。而環型網絡中的各個計算機發送信息時都必須經過環路的全部環接口，如果一個環接口程序故障，整個網絡就會癱瘓，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。

（1）網絡路徑選擇和網絡組建簡單

在環型結構網絡中，信息在環型網絡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，由於按環型連接，所以傳輸線路較短。 ^[1] 

（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。在環型網絡中各計算機連接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，由於這種網絡中沒有任何其他專用網絡設備，所以無須花費任何投資購買網絡設備。

由於環網是單向連接和點到點連接，也非常適合於在光線傳輸介質。 ^[1] 

(1)傳輸速度慢

這是它最終不能得到發展和用户認可的最根本原因。出現時較當時的10Mbps以太網在速度上有一定優勢(因為它可以實現16Mbps的接入速率)，但由於這種網絡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的以太網來説，實在是太落後了，連無線局域網的傳輸速度都遠遠超過了它。這麼低的連接性能決定了它只能承受被淘汰的局面，所以目前這種網絡結構技術可能只在實驗室中見到。

(2)連接用户數非常少

在這種環型結構中，各用户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，各用户實際可能分配到的帶寬就非常低了，而且還沒有任何中繼設備，所以這種網絡結構可連接的用户數就非常少，通常只是幾個用户，最多不超過20個。

（3）傳輸效率低

因為這種環型網絡共享一條傳輸介質，每發送一個令牌數據都要在整個環狀網絡中從頭走到尾，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，直到回到發送數據的節點。這樣一來，傳輸速率本來就非常低的網絡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接的設備，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，就必須中斷整個網絡，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接。並且受網絡傳輸性能的限制，這種網絡連接的用户數非常有限，也不能隨意擴展。

（5）維護困難

雖然在這種網絡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，設備都連接在同一條串行連接的環路上，所以一旦某個節點出現了故障，整個網絡將出現癱瘓。並且在這樣一個串行結構中，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，造成網絡中斷，網絡故障率非常高。

綜上所述，環型拓撲結構以太網性能太差，因為它利用的是IEEE 802.5令牌環標準，傳輸性能低、連接用户少、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應用的命運。這種網絡在20世紀90年代中期以前還有些應用，主要應用於那些小型個體企業，連接的用户數一般是10多個。現在基本上不用了，即使只有幾個用户，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絡複雜應用的高帶寬需求。現在無線局域網性能有了大幅提高，54Mbps主流速率也遠比16Mbps高，網絡成本上雖然可能有些高(畢竟環型網不用網絡設備)，但就目前的這些網絡設備價格水平，根本不會影響用户的購買。所以，建議用户在新構建的網絡系統中不要選用這種網絡結構。