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1、主要内容主要内容学习目标学习目标新课讲授新课讲授本节小结本节小结本节习题本节习题 【主要内容】【主要内容】2.2 2.2 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构n星型拓扑星型拓扑n总线型拓扑总线型拓扑n树形拓扑树形拓扑n环形拓扑环形拓扑n网状拓扑网状拓扑n混合型拓扑混合型拓扑介质访问控制方式介质访问控制方式nCSMA/CDCSMA/CDn令牌访问控制方式令牌访问控制方式 【学习目标】【学习目标】v掌握计算机网络的常见拓扑结构掌握计算机网络的常见拓扑结构v了解各种拓扑结构的优缺点及应用场合了解各种拓扑结构的优缺点及应用场合v掌握掌握CSMA/CDCSMA/CD、令牌访问控制等介质访问控制方式、
2、令牌访问控制等介质访问控制方式的基本原理的基本原理v拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间关系；面之间关系；v在计算机网络中，将主机和终端抽象为在计算机网络中，将主机和终端抽象为点点，将通，将通信介质抽象为信介质抽象为线线，形成点和线组成的图形，使人，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；们对网络整体有明确的全貌印象；v计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的点（计算机或设备）的
3、几何排列形式几何排列形式。 2.2 2.2 网络的拓扑结构网络的拓扑结构2.2 2.2 网络的拓扑结构网络的拓扑结构2.2.1 2.2.1 星形拓扑星形拓扑v各节点通过各节点通过点到点的链路点到点的链路与中心与中心节点相连，中心节点可以是节点相连，中心节点可以是转接转接中心中心，起到连通的作用，也可以，起到连通的作用，也可以是一台主机，兼具数据处理和转是一台主机，兼具数据处理和转接的功能。接的功能。v中心节点结构复杂，每个站的通中心节点结构复杂，每个站的通信处理负担很小。信处理负担很小。v目前流行的目前流行的PBXPBX（Private Private Branch ExchangeBranc
4、h Exchange，用户交换机），用户交换机）就是星形拓扑的典型实例。就是星形拓扑的典型实例。2.2.1 2.2.1 星形拓扑星形拓扑v优点：优点：1.1.配置方便，很容易在网络中增加配置方便，很容易在网络中增加/ /删除新的站点。删除新的站点。2.2.容易检测和隔离故障：单个连接点的故障只影响一个容易检测和隔离故障：单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，且可方便地将有故障的结点从设备，不会影响全网，且可方便地将有故障的结点从系统中删除。系统中删除。3.3.简单的访问协议：数据的安全性和优先级容易控制，简单的访问协议：数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控。易实现网络监控。v缺
5、点缺点1.1.需要大量电缆需要大量电缆, ,费用和安装工作量大。费用和安装工作量大。2.2.在安装之初始要配置大量冗余电缆，以备扩展。在安装之初始要配置大量冗余电缆，以备扩展。3.3.集中控制，对中心节点的依赖性大。集中控制，对中心节点的依赖性大。 2.2.2 2.2.2 总线拓扑总线拓扑v总线：信息传输的公共通道。总线：信息传输的公共通道。v总线拓扑：采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通总线拓扑：采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到主干线上。过相应的硬件接口直接连接到主干线上。v网络中所有的站点网络中所有的站点共享一条数据通道共享一条数据通道。一个节点发出的
6、信。一个节点发出的信息都可以沿着介质双向传播，被网络上的多个节点接收息都可以沿着介质双向传播，被网络上的多个节点接收（广播方式）。（广播方式）。2.2.2 2.2.2 总线拓扑总线拓扑v工作过程：工作过程：A A发信息，其他收发信息，其他收A A、C C同时发，冲突发生同时发，冲突发生检测到冲突后，检测到冲突后，A A、C C同同时停止发时停止发按协议，决定按协议，决定A A先发先发A A发完，发完，C C再发再发v存在介质访问冲突，必须采存在介质访问冲突，必须采取某种方法分配信道，以决取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以发送数据。定哪个节点可以发送数据。2.2.2 2.2.2 总线拓扑总线
7、拓扑v总线拓扑的优点：总线拓扑的优点：节约电缆（成本低），容易布线（安装方便）节约电缆（成本低），容易布线（安装方便）可靠性高：某个站点自身的故障不会影响整个网络可靠性高：某个站点自身的故障不会影响整个网络易于扩充易于扩充v总线拓扑的缺点：总线拓扑的缺点：中继器配置中继器配置站点必须是智能的站点必须是智能的v采用总线拓扑的最常见的网络有采用总线拓扑的最常见的网络有10Base210Base2以太网、以太网、10Base510Base5以太网以及以太网以及ARCnetARCnet网。网。2.2.3 2.2.3 树型拓扑树型拓扑v树型拓扑是从树型拓扑是从总线拓扑总线拓扑演变过来的，形状演变过来的，
8、形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根根，每个，每个分支分支还可延伸出子分支。还可延伸出子分支。v树型拓扑是一种树型拓扑是一种层次结构层次结构，适用于分级管，适用于分级管理和控制系统。低层计算机一般都具有明理和控制系统。低层计算机一般都具有明确定义的和专业化很强的任务，如数据的确定义的和专业化很强的任务，如数据的采集和变换等，而高层的计算机具备通用采集和变换等，而高层的计算机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行和综合处理等。理、命令执行和综合处理等。v与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。与其它拓扑的
9、主要区别在于其根的存在。当下面的分支节点发送数据时，当下面的分支节点发送数据时，根接收该根接收该信号信号，然后再重新，然后再重新广播广播发送到全网。发送到全网。v这种结构这种结构不需要中继器不需要中继器。与星型拓扑相比，。与星型拓扑相比，由于通信线路总长度较短，故它的成本低，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。易推广，但结构较星型复杂。 2.2.3 2.2.3 树型拓扑树型拓扑v树型拓扑结构有以下的树型拓扑结构有以下的优点优点：易于扩展。从本质上看这种结易于扩展。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支，因此新
10、的节点和新的分支易于加入网内。易于加入网内。故障隔离容易。如果某一分支故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容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易将这分支和整个系统隔离开来。来。v树型拓扑的树型拓扑的缺点缺点是对根的依赖性太大，如果根是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性与作，因此这种结构的可靠性与星型结构相似。星型结构相似。2.2.4 2.2.4 环型拓扑环型拓扑v节点通过中继器和点到点通信线路节点通过中继器和点到点通信线路连接成连接成闭合环路闭合环路。v环形网是点到点、一个结点一个结环形网是点到点
11、、一个结点一个结点的连接，可以在网上的点的连接，可以在网上的不同段使不同段使用各种传输介质用各种传输介质。v每个中继器都与两条链路相连。这每个中继器都与两条链路相连。这种链路是种链路是单向单向的，数据在一个方向的，数据在一个方向上围绕着环进行循环。上围绕着环进行循环。2.2.4 2.2.4 环型拓扑环型拓扑v工作过程：工作过程：v工作站将每个报文分组（包括一段数据再加上工作站将每个报文分组（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）某些控制信息，在控制信息中含有目的地址）依次送到环路上；依次送到环路上；v中继器能接收一条链路上来的数据，中继器能接收一条链路上来的数据，并对报文并
12、对报文分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工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，若同，则接收该报文分组，作站的地址相同，若同，则接收该报文分组，并将分组拷贝下来；若异，并将分组拷贝下来；若异，以同样的速度串行以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上；地把数据送到另一条链路上；v当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送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。站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。v中继器不起缓冲作用，每个站对环的使用权是中继器不起缓冲作用，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平等的，所以它也存在着
13、一个对于环型线路的“争用争用”和和“冲突冲突”的问题。的问题。2.2.4 2.2.4 环型拓扑环型拓扑v环形拓扑的优点：环形拓扑的优点： 节约电缆节约电缆 无需接线盒无需接线盒 可用光纤可用光纤v环形拓扑的缺点：环形拓扑的缺点：一个结点故障会引起全网故障一个结点故障会引起全网故障诊断故障困难诊断故障困难不易重新配置网络不易重新配置网络拓扑结构影响访问协议拓扑结构影响访问协议v常见的采用环形拓扑的网络有令牌常见的采用环形拓扑的网络有令牌环网、环网、FDDIFDDI（光纤分布式数据接口）（光纤分布式数据接口）和和CDDICDDI（铜线电缆分布式数据接口）（铜线电缆分布式数据接口）网络。网络。2.2
14、.5 2.2.5 网状型拓扑网状型拓扑网网络络中中任任意意两两站站点点间间都都有有直直接接通通路路相相连连，所所以以任任意意两两站站点点间间的的通通信信无无需需路路由由，而而且且有有专专线线相相连连没没有有等等待待延延迟迟，因此通信速度快，可靠性高。因此通信速度快，可靠性高。但但是是组组建建这这样样网网络络投投资资非非常常巨巨大大。例例如如你你在在有有4 4个个站站点点的的全全互互连连拓拓扑扑网网络络上上增增加加一一个个站站点点，那那么么你你就就得得在在这这个个网网络络上上增增加加4 4根根线线使使这这4 4个个站站点点的的每每一一个个站站点点都都与与新新站站点点有有一一根根线线进进行行连连接
15、接。由由此此也也可可看看出出这这种种全全部部互互连连型型拓拓扑扑的的灵活性差。灵活性差。但但这这种种全全部部互互连连型型拓拓扑扑结结构构适适用用于于对对可靠性有特殊要求的场合。可靠性有特殊要求的场合。2.2.5 2.2.5 网状型拓扑网状型拓扑v网状型拓扑网络中，节点网状型拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没之间的连接是任意的，没有规律。有规律。v主要优点是可靠性高，但主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用结构复杂，必须采用路由路由选择算法和流量（拥塞）选择算法和流量（拥塞）控制控制方法。方法。v广域网广域网基本上采用网状型基本上采用网状型拓扑结构。拓扑结构。2.2.6 2.2.6 混合型
16、拓扑网络混合型拓扑网络 常见的有星型常见的有星型/ /总线拓扑和星型总线拓扑和星型/ /环型拓扑。环型拓扑。星型星型/ /总线拓扑是综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用总线拓扑是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。对于星型备本身又呈星型分布。对于星型/ /总线拓扑，用户很容易总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。配置和重新配置网络设备。2.2.6 2.2.6 混合型拓扑网络混合型拓扑网络 星型星型/ /环型拓扑。环型拓扑。取这两种拓扑的优点于一体。这种取这两种拓扑的优点于一
17、体。这种星型环拓扑主要用于星型环拓扑主要用于IEEE802.5IEEE802.5的的令牌网。令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接。安排成星型连接。星型环拓扑的优点：星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；网络扩展简便；电缆安装方便。电缆安装方便。2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式v在总线形和环形拓扑中，网上设备必须在总线形和环形拓扑中，网上设备必须共享信道共享信道。为解决在同一时间几个设备同时争用总线信道的为解决在同一时间几
18、个设备同时争用总线信道的问题，需有某种访问控制方式，以便协调各设备问题，需有某种访问控制方式，以便协调各设备访问介质的顺序，在设备之间交换数据。访问介质的顺序，在设备之间交换数据。v通信中对公用信道的访问：通信中对公用信道的访问：随机随机：各工作站可在任何时刻，任意地点访问介质：各工作站可在任何时刻，任意地点访问介质载波监听多路访问冲突检测载波监听多路访问冲突检测 (CSMA (CSMACD)CD)受控受控：各工作站可用一定的算法调整各站访问介质的：各工作站可用一定的算法调整各站访问介质的顺序和时间顺序和时间令牌（标记）总线、令牌（标记）环。令牌（标记）总线、令牌（标记）环。 1 1、载波监听
19、多路访问、载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测CSMA/CDCSMA/CDv先听后发先听后发：听后，可采用三种：听后，可采用三种CSMACSMA坚持退避算法：坚持退避算法：不坚持不坚持CSMACSMA1-1-坚持坚持CSMACSMAP-P-坚持坚持CSMACSMAv边听边发边听边发v冲突停发冲突停发v随机重发随机重发2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式1 1、载波监听多路访问、载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测CSMA/CDCSMA/CD2 2、令牌、令牌( (或称标记或称标记) )访问控制方式访问控制方式令牌方
20、式是一种按一定顺序在各站点传递令牌令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌 (Token)(Token)的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。令牌访的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。总线网，构成令牌总线网络。2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式2 2、令牌、令牌( (或称标记或称标记) )访问控制方式访问控制方式(1)(1)令牌环令牌环(Token-Ring)(Token-Ring)方式方式令牌在网络环路上不断地传送，只有拥有此令牌的站令牌在网络环路上不断
21、地传送，只有拥有此令牌的站点，才有权向环路上发送报文，而其他站点仅允许接点，才有权向环路上发送报文，而其他站点仅允许接收报文。收报文。站点在发送完毕后，便将令牌交给网上下一个站点，站点在发送完毕后，便将令牌交给网上下一个站点，如果该站点没有报文需要发送，便把令牌顺次传给下如果该站点没有报文需要发送，便把令牌顺次传给下一个站点。一个站点。表示发送权的令牌在环形信道上不断循环。环上每个表示发送权的令牌在环形信道上不断循环。环上每个相应站点都可获得发报权，而任何时刻只会有一个站相应站点都可获得发报权，而任何时刻只会有一个站点利用环路传送报文，因而在环路上保证不会发生访点利用环路传送报文，因而在环路上
22、保证不会发生访问冲突。问冲突。2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式Token报文TokenToken站A站B站C站D站E中继器中继器中继器中继器中继器2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式2 2、令牌、令牌( (或称标记或称标记) )访问控制方式访问控制方式(1)(1)令牌环令牌环(Token-Ring)(Token-Ring)方式方式2 2、令牌、令牌( (或称标记或称标记) )访问控制方式访问控制方式(2)(2)令牌传递总线令牌传递总线(Token-Passing Bus)(Token-Passing Bus)方式方式网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑
23、环。网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定的逻辑位置，末站的每个工作站在环中均有一个指定的逻辑位置，末站的后站就是首站，即首尾相连。每站都了解先行站后站就是首站，即首尾相连。每站都了解先行站(PS)(PS)和后继站和后继站(NS)(NS)的地址，总线上各站的物理位置与逻辑的地址，总线上各站的物理位置与逻辑位置无关。位置无关。站A站B站C站D站E站F令牌传递顺序（可以设定）：ACFEBD2.2.7 2.2.7 介质访问控制方式介质访问控制方式小结、习题小结、习题1.1.计算机网络有哪些拓扑结构？各有哪些特点？计算机网络有哪些拓扑结构？各有哪些特点？2.2.试述试述CSMA/CDCSMA/CD介质访问方式的原理？介质访问方式的原理？3.3.试述令牌环控制方式和令牌总线控制方式的原理试述令牌环控制方式和令牌总线控制方式的原理？两者有何区别？两者有何区别？
