网络的拓扑结构

计算机网络的拓扑结构分类及特点

教学目标

1.了解计算机网络的三种基本拓扑结构

2.掌握三种拓扑结构的工作原理、网络特点及主要应用领域

3.能够根据实际情况选择合适的网络拓扑

教学重点

三种拓扑结构的工作原理及网络特点

教学难点

根据实际情况选择网络拓扑

教学课时

讲授2课时

教学过程

一、引入

网络中是一系列相互连接的计算机的集合体， 相互连接的计算机。 由于网络的覆盖范围要求不一样， 所以网络中的计算机有多种不同的连接方法。 我们这节课就来研究常见的网络连接方法， 也就是网络的拓扑结构。拓扑学是一种研究与大小、距离无关的几何图形特征的学科，在计算机网络中常采用拓扑学的方法，将计算机网络的结构表示出来。计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。 拓扑设计是建设计算机网络的首步， 也是实现各种网络协议的基础， 它对网络性能、 系统可靠性与通信费用都有重大影响。 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。网络中计算机及其他设备的连接关系。 拓扑隐去了网络的具体物理特性， 而抽象出节点之间的关系加以研究。

二、新授课

1.基本术语

⑴.节点

节点就是网络单元。网络单元是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。

节点分为：转节点，它的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息；

访问节点，它是信息交换的源点和目标。

⑵.链路

链路是两个节点间的连线。链路分“物理链路”和“逻辑链路”两种，前者是指实际存在的通信连线，后者是指在逻辑上起作用的网络通路。链路容量是指每个链路在单位时间内可接纳的最大信息量。 ⑶.通路

通路是从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路。也就是说，它是一系列穿越通信网络而建立起的节点到节点的链路.

2.网络的拓扑结构

按照拓扑学的观点，将工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，网络中的传输介质抽象为“线”，计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形，它表示了通信媒介与各节点的物理连接结构，这种结构称为网络的拓扑结构。

按照网络中各节点位置和布局的不同，计算机网络可分为树型拓扑结构网络、总线型拓扑结构网络、环型拓扑结构网络、星型拓扑结构网络和网状拓扑结构网络等五种网络类型。

常用的网络拓扑结构主要是总线型、环型和星型拓扑结构。 如下图所示。

⑴.总线型拓扑结构

总线型拓扑结构简称总线拓扑，它是将网络中的各个节点设备用一根总线（如同轴电缆等）挂接起来，实现计算机网络的功能。

总线型结构的数据传输是广播式传输结构，数据发送给网络上的所有的计算机，只有计算机地址与信号中的目的地址相匹配的计算机才能接收到。采取分布式访问控制策略来协调网络上计算机数据的发送。

传输介质的每一个端点都必须连接到某个器件上，任何开放的缆线端口都必须接入终结器以阻止信号的反射。

总线型拓扑对于一个网络段上的节点数有一定的限制。如果网络中的计算机需求数大于这一限制，通常采用增加中继器的方法对网络进行扩充。

主要优点：

① 网络结构简单，

节点的插入、删除比较方

便，易于网络扩展；

② 设备少、造价

低，安装和使用方便；

③ 具有较高的可

靠性。因为单个节点的故

障不会涉及到整个网络。

主要缺点：

① 故障诊断困难。总线型的网络不是集中控制，故障诊断需要在整个网络的各个站点上进行；

② 故障隔离困难。当节点发生故障，隔离起来还比较方便，一旦传输介质出现故障时，就需要将整个总线切断。

③ 易于发生数据碰撞，线路争用现象比较严重。

主要适用于家庭、宿舍等网络规模较小的地方。

⑵.星型拓扑结构

星型结构以中央节点为中心，并用单独的线路使中央节点与其他各节点相连，相邻节点之间的通信都要通过中心节点。

星型拓扑采用集中式通信控制策略，所有的通信均由中央节点控制，中央节点必须建立和维持许多并行数据通路。

星型拓扑采用的数据交换方式主要有线路交换和报文交换两种，线路交换更为普遍。

网络的扩展通常是采用增加中央节点的方式，将中央节点级联起来，需要增加的节点再与新中央节点连接。

主要优点：

① 易于故障的诊断与隔离。

② 易于网络的扩展。

③ 具有较高的可靠性。

主要缺点：

① 过分依赖中央节点。

② 组网费用高。

③ 布线比较困难。

星型网络是在现实生活中应用最广的网络拓扑，一般的学校、单位都采用这种网络拓扑组建单位的计算机网络。

⑶.环型网络

环型拓扑结构是一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环，计算机通过各中继器接入这个环中，构成环型拓扑的计算机网络。在网络中各个节点的地位相等。

环型拓扑中的每个站点都是通过一个中继器连接到网络中的，网络中的数据以分组的形式发送。网络中的信息流是定向的，网络的传输延迟也是确定的。

主要优点：

① 数据传输质量高。

② 可以使用各种介质。

③ 网络实时性好。

主要缺点：

① 网络扩展困难。

② 网络可靠性不高。

③ 故障诊断困难。

环型网平时用的比较少，主要用于跨越较大地理范围的网络，环型拓扑更适合于网间网等超大规模的网络。

⑷ 网状型拓扑网络

网状型拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律。网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。全连接网状中，每一个节点和网中其它节点均有链路连接。不完全连接网中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，依靠其它节点转接。这种网络的优点是节点间路径多，碰撞和阻塞可大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高；

网络扩充和主机入网比较

灵活、简单。但这种网络关系复杂，建网不易，网络控制机制复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。

广域网基本上采用网状型拓扑结构，一般用不完全连接网状结构。

在选择拓扑结构时，主要考虑的因素有：安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时，受到影响的设备的情况.

3、课堂总结

计算机网络拓扑结构的涵义

总线、星型、环型网络结构的特点

三、课堂练习

1. 用自己的语言描述拓扑的概念，并举例说明。

2. 画出总线型、星型、环型、树型和网状网络的拓扑结构。

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