網路拓墣

拓墣學(Topology) 是近代數學中的一個分支，它主要是使用非數量方式來表示空間關係，以研究空間的變換。通常涉及到各種空間關係的順序與它們的方向、大小或是距離等，又稱橡皮幾何學。
由於這個理論的特性也間接地運用到各個不同的學術範疇中。通常也會透過拓墣來描述不同網路中的線路和工作站的分佈形態，網路拓墣(Tology)簡而言之就是指在哪一個地方設置主機、集線器、封包路由如何安排...，經由一系列規劃後所呈現的「網路架構」。
它的形態會依據所描述的對象不同分為以下兩種：

• 實體拓墣(Physical Topologies)
  用來說明網路上的工作站主機與網路線間的佈線關係，以及其他網路元件的位置。在實體拓墣中網路元件間通常會透過一個連線進行傳輸，而我們稱此連線裝置為媒介(Media)（網路媒介也被稱作實體媒介(Physical Media))。在不同規模的網路環境中，實體拓墣的長相也會有所不同。常見的有以下五種類型：

1. 匯流排拓墣(Bus Topologies)
   一種非常簡單的拓墣形態，它將所有的網路元件全部串接在一條纜線上，早期通常會使用纜線穿刺(Wire tap)的方式將這些網路元件進行連接，後來才改用連綴纜線(Drop Cable)的方式來做為主要的纜線，當網路上有通訊進行時，接駁在這條纜線上的每個網路元件都可以看到這個資料正在傳遞著，但只有接收者才會收到這個資料(和我們日常生活中的公車行駛路線十分相似，站牌就如同網路的元件，公車則像是網路上傳輸的資料，當公車經過站牌時每位乘客都可以看到站牌。但並非每位乘客都會下車，只有需要在該站牌下車之乘客才會進行這個動作)。
2. 環狀拓墣(Ring Topologies)
   有別於匯流排拓墣的連接方式，它將所有的網路元件兩兩串在一起，最後組成一個圓形，在這個圓形中，每個網路元件都會接駁著兩個不同的元件。在環狀拓墣中，資料的傳輸方向是採用單向傳輸的方式，因此存在一個致命的缺陷－只要拓墣中任何一個網路元件節點毀損，將會造成整個網路的癱瘓，所以很少被運用在你我周遭的網路環境中。
3. 星狀拓墣(Star Topologies)
   它的設計猶如一個摩天輪，中間由一個輪軸來支撐四週的座位。在星狀拓墣中每一個網路元件都會透過單一纜線接駁在拓墣中心的集線器(HUB)上，這個集線器就像是摩天輪的中心輪軸，扮演整個網路運作的重要角色。但這剛好也是此種網路形態中最為脆弱的部分，一旦集線器毀損後整個網路便會瞬間停擺。
   它雖然使用較多的纜線來進行串接網路元件，但也因為使用獨立纜線連接的緣故，因此具有較高的容錯(Fault Tolerant)能力。當某個網路連接元件損毀時，並不會造成整個網路的停擺。設計上也比其他網路拓就簡單許多新增網路元件只要新增一條纜線接駁到中央的集線器上便可以輕易完成。因此星狀拓樸在目前所有網路拓樸中佔有最高的普及率。
4. 網狀拓墣(Mesh Topologies)
   我們生活周遭內很少見到這種拓樸，通常會運用在網際網路或是其他的廣域網路中，通常會是使用其他變種拓樸稱為混合網路拓樸(Hybrid Mesh Topologies)形態。在網狀拓樸中，每個網路元件都會與其他的元件互相連接。
   在這種拓樸中，任何一個網路元件毀損，對於整個網路的運行所影響的範圍比起環狀拓樸小了許多，但是相對來說，使用這種網路拓樸需要付出比其他拓樸形態更高的網路佈線費用。
5. 無限拓墣(Wireless Topologies)
   除了基本的有線拓樸之外，近幾年來無線通訊(Radio Frequence, RF)的快速發展進而發展出一個新的拓樸類型。
   在目前的無線拓樸形態中較常見的模式有對等式無線區域網路(Ad-Hoc Wireless LAN)和有基礎架構的無線區域網路(Infrastructure Wireless LAN)兩種類型。

✩Tip. 骨幹(Backbone)與區段(Segment)的關係
在網路拓樸中，通常涵蓋了兩個基本範圍用來分辨屬於網路的某個部分，區分的方式如下：
骨幹(Backbone)：這個網路拓樸中的主要架構，用來讓網路上所有區段和其他網路元件連接的位置，通常會採用高速的通訊技術，例如：光纖或是高速乙太網路等。
區段(Segment)：表示任何不屬於骨幹部分的通稱。

• 邏輯拓墣(Logic Topologies)
  用來定義資訊如何在網路中進行傳輸。

選擇正確的拓墣方式

選擇正確的實體拓樸可以節省許多佈線時的成本及相關異動所耗費的成本，也能更輕鬆地管理所有網路元件。實體拓樸優缺點彙整表提供做為選擇一個合適網路拓樸的參考依據。

實體拓樸優缺點彙整表⇩

一般而言，選擇實體拓樸的基本準則可以考量下列幾項條件：

1. 網路環境中的工作站主機與網路元件的數量。
2. 欲使用的纜線容錯能力。
3. 工作站主機與網路元件的異動率。
4. 維護與安裝的容易度。
5. 建置的成本費用。

本日結論

實體拓樸是用來說明網路上的工作站主機與網路線間的佈線關係，及其他網路元件的位置。在網路拓樸中，骨幹與區段這兩個基本範圍用來分辨屬於網路的某個部分。
建議：閱讀敘述的整理，彙整表格搭配補充及複習。
學習重點：拓樸的區分方式、各個拓樸的架構及其相關之成本、容錯能力等、如何選擇正確的拓樸。

來源：楊振和(2011)。《網路概論第二版》。松崗資產管理股份有限公司