1、3.1 计算机网络的拓扑结构,讲解者：唐 风 Q Q：240407502 邮箱：net-,一、复习引入：,请大家回想第一章的相关知识，并回答：什么是计算机网络？为了更好的了解计算机网络，结合数学几何方面的知识，你会采用怎样的方式去研究它？,二、课程：,3.1.1. 计算机网络的拓扑结构3.1.2. 拓扑结构的类型及特点,3.1.1. 计算机网络的拓扑结构,(1) 拓扑学：拓扑学(Topology)是一个数学概念，它是几何学的一个分支，是从图论演变而来的，研究点、线、面之间的关系。(2) 网络的拓扑结构：网络节点和链路的几何位置就是网络的拓扑结构，是指网络中网络单元的地理分布和互联关系的几何构形
2、。计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构。,3.1.2 网络的拓扑结构,3.1.2.1 星型拓扑结构,3.1.2.2 总线型拓扑结构,3.1.2.3 环型拓扑结构,3.1.2.4 树型拓扑,3.1.2.5 全互连型,3.1.2.6 混合型拓扑结构,返回,3.1.2.1 星型拓扑结构,星型拓扑结构是由中心结点和通过点对点链路连接到中心结点的各站点组成。星型拓扑结构的中心结点是主结点，它接收各分散站点的信息再转发给相应的站点。目前这种星型拓扑结构几乎是Ethernet双绞线网络专用的。这种星型拓扑结构的中心结点是由集线器或者是交换机来承担的。,星型拓扑结构有以下优点： 由于每个设备都用一根
3、线路和中心结点相连，如果这根线路损坏，或与之相连的工作站出现故障时，在星型拓扑结构中，不会对整个网络造成大的影响，而仅会影响该工作站。 网络的扩展容易。 控制和诊断方便。 访问协议简单。 星型拓扑结构也存在着一定的缺点： 过分依赖中心结点。 成本高。,3.1.2.2 总线型拓扑结构,总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点（包括工作站和文件服务器）均通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上，各工作站地位平等，无中心结点控制。,总线型拓扑结构的总线大都采用同轴电缆。总线上的信息多以基带信号型式串行传送。某个站点发送报文（把要发送的信息叫报文），其传送的方向总是从发送站点开始向两
4、端扩散，如同广播电台发射的信息一样，又称为广播式计算机网络，在总线网络上的所有站点都能接收到这个报文，但并不是所有的都接收，而是每个站点都会把自己的地址与这个报文的目的地址相比较,只有与这个报文的目的地址相同的工作站才会接收报文 。,在总线型拓扑结构中，由于各站点通过总线来传输信息，并且各站点对于总线的使用权是平等，因此就产生了如何合理分配信道问题，这种合理解决信道分配问题的控制方法叫介质访问的控制方式。总线型拓扑结构的介质访问控制方式是叫CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）。总线型拓扑结构有以下的主要优点： l 从硬件观点来看总线型拓扑结构可靠性高。因为总线型拓扑结构简单，而且又是无
5、源元件。 l 易于扩充，增加新的站点容易。如要增加新站点，仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可。 l 使用电缆较少，且安装容易。 l 使用的设备相对简单，可靠性高。,当然总线型拓扑结构也存在一些缺点： 故障诊断困难。由于总线拓扑的网络不是集中控制，故障检测需在网络上各个站点进行。 故障隔离困难。在星型拓扑结构中，一旦检查出哪个站点出故障，只需简单地把连接拆除即可。而在总线型拓扑结构中，如果某个站点发生故障，则需将该站点从总线上拆除，如传输介质故障，则整个这段总线要切断和变换。,3.1.2.3 环型拓扑结构,环型拓扑结构是由网络中若干中继器通过点到点的链路首尾相连型成一个闭合的环。,这种环型拓
6、扑结构使公共使用电缆型成环型连接。每个中继器与两条链路相连，由于环型拓扑的数据在环路上沿着一个方向在各节点间传输，这样中继器能够接收一条链路上来的数据，并以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。每个站对环的使用权是平等的，所以它也存在着一个对于环型线路的“争用”和“冲突”的问题。在环路上发送和接收数据的过程大致如下：,发送报文的工作站（简称发送站）将报文分成报文分组，每个报文分组包括一段数据再加上某些控制信息，在控制信息中含有目的地址。发送站依次把每个报文分组送到环路上，然后通过其它中继器进行循环，每个中继器都对报文分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工作站的地址相同，
7、仅有地址相同工作站才接收该报文分组，并将分组拷贝下来，当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。由此可看出环路上某一结点发生故障，它将不能正常地传送信息。,环型拓扑结构有以下优点： 路由选择控制简单。因为信息流是沿着固定的一个方向流动的，两个站点仅有一条通路。 电缆长度短。环型拓扑所需电缆长度和总线拓扑结构相似，但比星型拓扑要短。 适用于光纤。光纤传输速度高，而环型拓扑是单方向传输，十分适用于光纤这种传输介质。,环型网络的缺点： 结点故障引起整个网络瘫痪。在环路上数据传输是通过环上的每一个站点进行转发的，如果环路上的一个站点出现故障，则该站点的中继器不能进行
8、转发，相当于环在故障结点处断掉，造成整个网络都不能进行工作。 诊断故障困难。因为某一结点故障会使整个网络都不能工作，但具体确定是哪一个结点出现故障非常困难，需要对每个结点进行检测。,3.1.2.4 树型拓扑,树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。 树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管理和控制系统。这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。当下面的分支节点发送数据时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。这种结构不需要中继器。与星型拓扑相比，由于通信线路总长度较短，故它的成本低，易推广，但结构较星型复杂。,树型拓扑结构有以下的
9、优点： 易于扩展。从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，因此新的节点和新的分支易于加入网内。 故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将这分支和整个系统隔离开来,树型拓扑的缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性与星型结构相似。,3.1.2.5 全互连型,网络中任意两站点间都有直接通路相连，所以任意两站点间的通信无需路由，而且有专线相连没有等待延迟故通信速度快，可靠性高。但是组建这样网络投资是非常巨大的，例如你在有4个站点的全互连拓扑网络上增加一个站点，那么你就得在这个网络上增加4根线使这4 个站点的每一个站点都与新站点有一根线进行
10、连接。由此也可看出这种全部互连型拓扑的灵活性差。但这种全部互连型拓扑结构适用于对可靠性有特殊要求的场合。,3.1.2.6 混合型拓扑结构,混合方式比较常见的有星型/总线拓扑和星型环拓扑。,星型/总线拓扑是想综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型/总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。,星型环拓扑试图取这两种拓扑的优点于一体。这种星型环拓扑主要用于IEEE802.5的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接，星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。,本章首先介绍了数据通信基础，这一部分主要使您能够清楚在计算机网络中数据是如何从一个计算机传送到另一个计算机上，以及接收方是如何能够校验所接收的数据是正确的；在明白数据通信基础之后，本章给您介绍了为完成数据通信这个复杂的任务，计算机网络采取了一种分层的方法来实现；另外本章还介绍了，如果想构建一个计算机网络，应如何来选择一种网络拓扑，以及针对这种拓扑结构应如何选择相应的传输介质。本章是计算机网络的一些基础知识，通过本章的学习，将为您对后续章节的学习打下一个良好的基础。,本节小结,
