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1、计算机网络技术计算机网络技术 ( (第二版）第二版） 主编主编 傅建民傅建民 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 第第4 4章章 网络拓扑结构与网络拓扑结构与 网络体系结构网络体系结构 &本章任务本章任务 网络拓扑结构网络拓扑结构 网络体系结构网络体系结构 4.1 4.1 网络拓扑结构网络拓扑结构 4.1.1 4.1.1 总线型网络结构总线型网络结构 总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为 通信介质，所有的站点都通过相应的硬件通信介质，所有的站点都通过相应的硬件 接口直接连接到通信介质。接口直接连接到通信介质。 主要主要优点优点有：有： 布线容易、电缆用量小
2、。布线容易、电缆用量小。 可靠性高。可靠性高。 易于扩充。易于扩充。 易于安装。易于安装。 总线型拓扑结构总线型拓扑结构局限性局限性： 故障诊断困难。故障诊断困难。 故障隔离困难。故障隔离困难。 中继器配置。中继器配置。 通信介质或中间某一接口点出现故障，整通信介质或中间某一接口点出现故障，整 个网络随即瘫痪。个网络随即瘫痪。 4.1.2 4.1.2 星型网络结构星型网络结构 星型结构的网络中，每一台设备都通过传星型结构的网络中，每一台设备都通过传 输介质与中心设备相连，而且每一台设备输介质与中心设备相连，而且每一台设备 只能与中心设备交换数据。只能与中心设备交换数据。 星型拓扑结构的优点为：
3、星型拓扑结构的优点为： 可靠性高。可靠性高。 方便服务。方便服务。 故障诊断容易。故障诊断容易。 星型拓扑结构虽有许多优点，但也有缺点星型拓扑结构虽有许多优点，但也有缺点 ： 扩展困难、安装费用高。扩展困难、安装费用高。 对中央节点的依赖性强。对中央节点的依赖性强。 4.1.3 4.1.3 环形网络结构环形网络结构 环型拓扑结构网络是由一些中继器和连接环型拓扑结构网络是由一些中继器和连接 到中继器的点到点链路组成的一个闭合环到中继器的点到点链路组成的一个闭合环 。在环型拓扑结构的网络中，所有的通信。在环型拓扑结构的网络中，所有的通信 共享一条物理通道。共享一条物理通道。 环型拓扑结构具有以下优
4、点：环型拓扑结构具有以下优点： 电缆长度短。电缆长度短。 适用于光纤。适用于光纤。 无差错传输。无差错传输。 环型拓扑结构的缺点为：环型拓扑结构的缺点为： 可靠性差。可靠性差。 故障诊断困难。故障诊断困难。 调整网络比较困难。调整网络比较困难。 4.1.4 4.1.4 网状网络结构网状网络结构 网状拓扑结构将网络中站点实现点对点的连接。网状拓扑结构将网络中站点实现点对点的连接。 虽然一个简单的局域网可以是一个网状网络，但这种拓扑虽然一个简单的局域网可以是一个网状网络，但这种拓扑 结构更常用于企业级网络和广域网。结构更常用于企业级网络和广域网。 因特网就是网状广域网的一个例子。因特网就是网状广域
5、网的一个例子。 网状拓扑结构的优点：网状拓扑结构的优点： 所有设备间采用点到点通信，没有争用信所有设备间采用点到点通信，没有争用信 道现象，带宽充足。道现象，带宽充足。 每条电缆之间都相互独立，当发生故障时每条电缆之间都相互独立，当发生故障时 ，故障隔离定位很方便。，故障隔离定位很方便。 任何两站点之间都有两条或者更多线路可任何两站点之间都有两条或者更多线路可 以互相连通，网络拓扑的容错性极好。以互相连通，网络拓扑的容错性极好。 网状拓扑结构的缺点：网状拓扑结构的缺点： 电缆数量多。电缆数量多。 结构复杂、不易管理和维护。结构复杂、不易管理和维护。 4.1.5 4.1.5 混合型网络结构混合型
6、网络结构 1 1星型总线星型总线 该混合拓扑结构组合了星型和总线构造。该混合拓扑结构组合了星型和总线构造。 2 2菊花链型菊花链型 星型总线网络拓扑还是过于简单而不能代星型总线网络拓扑还是过于简单而不能代 表一种典型的中等规模局域网。表一种典型的中等规模局域网。 3 3层次结构层次结构 将设备按等级分层有许多原因。将设备按等级分层有许多原因。 将拓扑结构层次化有以下几种优点： 对不同的组进行带宽隔离，易于增加或隔绝不同的 网络组，易于与不同的网络类型互连，因此，层次 拓扑结构构成了高速局域网和广域网设计的基础。 4.2 4.2 网络体系结构网络体系结构 为了实现数据通信，相互通信的计算机必须遵
7、守为了实现数据通信，相互通信的计算机必须遵守 一定的协议。一定的协议。 所谓协议是为了进行网络中的数据交换而建立的所谓协议是为了进行网络中的数据交换而建立的 规则、标准或约定。它由语法、语义和同步三个规则、标准或约定。它由语法、语义和同步三个 要素组成。要素组成。 为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层 的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。 在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一 层提供一定的服务，而把如何实现这一层的细节层提供一定的服务，而把如何实现这一
8、层的细节 对上一层加以屏蔽。对上一层加以屏蔽。 图图4-84-8说明了一个说明了一个5 5层的协议层的协议: : 第5层协议 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 4/5层接口 3/4层接口 2/3层接口 1/2层接口 主机1 主机2 第4层协议 第3层协议 第2层协议 第1层协议 物 理 介 质 图4-8 层、协议和接口 4.2.2 ISO/OSI4.2.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 过激标准化组织（过激标准化组织（ISOISO）成立于）成立于19471947年年, ,它专门就它专门就 一些国际标准达成世界范围的一致。一
9、些国际标准达成世界范围的一致。 为了建立一个国际范围的网络体系结构，国际标为了建立一个国际范围的网络体系结构，国际标 准化组织在准化组织在19781978年为开放系统互联成立了一个专年为开放系统互联成立了一个专 门分委员会，并于门分委员会，并于19801980年年1212月发表了第一个草拟月发表了第一个草拟 的开放系统互联参考模型的协议书，在的开放系统互联参考模型的协议书，在19831983年把年把 基本参考模型正式批准为国际标准，即基本参考模型正式批准为国际标准，即“ “OSIOSI RM”RM”。 OSIOSI开放系统模型包括七个层次：物理层、开放系统模型包括七个层次：物理层、 数据链路层
10、、网络层、传输层、会话层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、 表示层和应用层。表示层和应用层。 图4-9 OSI参考模型分层结构图 物理层协议 通信子网 数据链路层协议 应用层协议 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 7 6 5 4 端系统A端系统B 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议 链路层 物理层 链路层 物理层 层次 3 2 1 网络层 网络层 链路层链路层 物理层物理层 端节点端节点交换节点交换节点 OSIOSI参考模型各层的功能。参考模型各层的功能。 1 1物理层：主要功能是为数据链路层提供一个物理链接，以保证在物理层：主要功
11、能是为数据链路层提供一个物理链接，以保证在 通信信道上透明地传输比特流。通信信道上透明地传输比特流。 2 2数据链路层：主要功能是在两个相邻结点间的线路上，无差错地数据链路层：主要功能是在两个相邻结点间的线路上，无差错地 传输数据帧。传输数据帧。 3 3网络层：主要功能是为数据分组进行路由选择，并负责通信子网网络层：主要功能是为数据分组进行路由选择，并负责通信子网 的流量控制、拥塞控制。的流量控制、拥塞控制。 4 4运输层：又称为传输层或传送层。主要功能是为会话层提供一个运输层：又称为传输层或传送层。主要功能是为会话层提供一个 可靠的端到端连接以使两个端系统之间透明地传输报文。运输层的数可靠的
12、端到端连接以使两个端系统之间透明地传输报文。运输层的数 据单元是报文。据单元是报文。 5 5会话层：又称为会晤层。主要功能是使用运输层提供的可靠的端会话层：又称为会晤层。主要功能是使用运输层提供的可靠的端 到端连接在两个应用进程之间建立会话连接，并对到端连接在两个应用进程之间建立会话连接，并对“ “会话会话” ”进行管理进行管理 和控制，保征和控制，保征“ “会话会话” ”数据可靠传送。在会话层以上各高层协议中，数数据可靠传送。在会话层以上各高层协议中，数 据单元都称为报文。据单元都称为报文。 6 6表示层：主要功能是完成被传输数据的表示工作，包括数据格式表示层：主要功能是完成被传输数据的表示
13、工作，包括数据格式 、数据转化、数据加密和数据压缩等语法变换服务。、数据转化、数据加密和数据压缩等语法变换服务。 7 7应用层：是应用层：是OSIOSI参考模型中的最高层，其功能与计算机应用系统所参考模型中的最高层，其功能与计算机应用系统所 要求的网络服务目的有关。一般来讲，应用层的主要功能是为应用系要求的网络服务目的有关。一般来讲，应用层的主要功能是为应用系 统提供访问统提供访问OSIOSI环境的接口和服务。环境的接口和服务。 4.2.3 TCP/IP4.2.3 TCP/IP模型体系结构模型体系结构 TCP/IPTCP/IP模型分成了五个层次的结构，包括模型分成了五个层次的结构，包括 物理层
14、、数据链路层、互联层、传输层、物理层、数据链路层、互联层、传输层、 应用层。应用层。 图4-11 TCP/IP参考模型 OSI参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 TCP/IP参考模型 应用层 传输层 互联层 数据链路层 物理层 物理层物理层 主要功能是为数据链路层提供一个物主要功能是为数据链路层提供一个物 理链接，以保证在通信信道上透明地理链接，以保证在通信信道上透明地 传输比特流。传输比特流。 2.2.数据链路层数据链路层 主要功能是在两个相邻结点间的线路主要功能是在两个相邻结点间的线路 上，无差错地传输数据帧。上，无差错地传输数据帧。 2 2互联层互联层
15、TCP/IPTCP/IP的互联层又称互联网络层，对应于的互联层又称互联网络层，对应于O S IO S I模模 型的网络层，它是网络互联的基础，提供无连接型的网络层，它是网络互联的基础，提供无连接 的分组交换服务。的分组交换服务。 互联网络层的主要任务是将源主机的报文分组发互联网络层的主要任务是将源主机的报文分组发 送到网上，让每个分组独立地到达目的主机。送到网上，让每个分组独立地到达目的主机。 互联层的核心协议是互联网协议互联层的核心协议是互联网协议IPIP。 除除IPIP协议之外，互联层还包括地址解析协议（协议之外，互联层还包括地址解析协议（ ARPARP）、反向地址解析协议（）、反向地址解析协议（RARPRARP）、）、InternetInternet 控制报文协议（
