网络的拓扑结构分类

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

网络拓扑结构 1、星形拓扑 星形拓扑由央节点和通过点通信链路接央节点各站点组成 星形拓扑结构具有下优点： （1）控制简单 （2）故障诊断和隔离容易 （3）方便服务 星形拓扑结构缺点： （1）电缆长度和安装工作量观 （2）央节点负担较重形成瓶颈 （3）各站点分布处理能力较低 2、总线拓扑 总线拓扑结构采用信道作传输媒体所有站点都通过相应硬件接口直接连公共传输媒体上该公共传输媒体即称总线 总线拓扑结构优点： （1）总线结构所需要电缆数量少 （2）总线结构简单又无源工作有较高靠性 （3）易于扩充增加或减少用户比较方便 总线拓扑缺点： （1）总线传输距离有限通信范围受限制 （2）故障诊断和隔离较困难 （3）分布式协议能保证信息及时传送具有实时功能 3、环形拓扑 环形拓扑网络由站点和连接站链路组成闭合环 环形拓扑优点： （1）电缆长度短 （2）增加或减少工作站时仅需简单连接操作 （3）使用光纤 环形拓扑缺点： （1）节点故障会引起全网故障 （2）故障检测困难 （3）环形拓扑结构媒体访问控制协议都采用令牌传达室递方式负载轻时信道利用率相对来说比较低 4、树形拓扑 树形拓扑从总线拓扑演变而来形状像棵倒置树顶端树根树根下带分支每分支还再带子分支 树形拓扑优点

网络拓扑结构总汇

星型结构

星型拓扑结构是用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连构成的网络。中心节点可以是文件服务器，也可以是连接设备。常见的中心节点为集线器。

星型拓扑结构的网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送中心节点，再由中心节点负责将数据送到目地节点。因此，中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需要满足链路的简单通信要求。

优点：

（1）控制简单。任何一站点只和中央节点相连接，因而介质访问控制方法简单，致使访问协议也十分简单。易于网络监控和管理。

（2）故障诊断和隔离容易。中央节点对连接线路可以逐一隔离进行故障检测和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。

（3）方便服务。中央节点可以方便地对各个站点提供服务和网络重新配置。

缺点：

（1）需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量也骤增。

（2）中央节点负担重，形成“瓶颈”，一旦发生故障，则全网受影响。

（3）各站点的分布处理能力较低。

总的来说星型拓扑结构相对简单，便于管理，建网容易，是目前局域网普采用的一种拓扑结构。采用星型拓扑结构的局域网，一般使用双绞线或光纤作为传输

网络拓扑结构

1、星形拓扑

星形拓扑是由中央节点和通过点到到通信链路接到中央节点的各个站点组成。

星形拓扑结构具有以下优点

1、控制简单。

2、故障诊断和隔离容易。

3、方便服务。

星形拓扑结构的缺点

1、电缆长度和安装工作量可观。

2、中央节点的负担较重，形成瓶颈。

3、各站点的分布处理能力较低。

2、总线拓扑

总线拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。

总线拓扑结构的优点

1、总线结构所需要的电缆数量少。

2、总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。

3、易于扩充，增加或减少用户比较方便。

总线拓扑的缺点

1、总线的传输距离有限，通信范围受到限制。

2、故障诊断和隔离较困难。

3、分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能。

3、环形拓扑

环形拓扑网络由站点和连接站的链路组成一个闭合环。

环形拓扑的优点

1、电缆长度短。

2、增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作。

3、可使用光纤。

环形拓扑的缺点

1、节点的故障会引起全网故障。

2、故障检测困难。

3、环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传达室递的方式，在负载很轻时，信道

利用率相对来说就比较低。

4、树形拓扑

树形拓扑从总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置的树

静态互连网络各种拓扑结构

（1）线性阵列 在线性阵列中，

个结点用

条链路连接起来（如下图）。内部

结点度为2，端结点度为1。直径为 ，等分宽度为1，不对称。当 很大时，通信效率很低，

而且可靠性不高。一旦某条链路失效，则系统就不能工作。

（2）环 将一个线性阵列的两端相连就构成一个环。环可以是单向工作的，也可以是双向工作的。双向环因为有两条通路，所以可靠性比单向环更高。环是对称的，结点度为常数2。单向环直径为

，双向环直径为

。

（3）带弦环 在环中不相邻的结点之间加入链路，就得到了带弦环。与环相比，带弦环的结点度大。

结点度为3的带弦环中，链路数为18，直径为4（图中红色结点之间的距离），度为3，不对称，等分宽度为2。结点度为4的带弦环中，链路数为24，直径为3，度为4，对称，等分宽度为8。一般地，结点度越高，直径越短，链路数越多。

（4）链接 链接又称为全连接。它是带弦环的一种特殊情形。链接中的每个结点和其它结点之间都有一条直接链路。下图是8个结点的链接，有28条链路，直径为1，度为7，对

称，等分宽度为16。链接的直径最短，性能最好。但是它需要大量的链路，每个结点需要大量的网络接口，这在实际中是很难实现的，成本也是很高的。

（5）树形和星形

网络拓扑图

图1 数据网络拓扑结构图

本网络模拟一个实际的校园网络，包括教学网、行政网、网络中心等几个部分。其中，虚线框内部分由组委会提供，不需要参赛选手进行配置。RTA 的Fa0/0使用子接口，其中有一个子接口和ISP在一个VLAN，另外一个和RTB在一个VLAN。校内的主机全部使用私有地址，通过在出口路由器上使用地址转换技术访问公网。请根据以上要求在网络设备上进行实际操作，完成网络搭建、IP地址规划，路由协议、网络安全与冗余等配置任务，并进行网络维护和排错。

任务要求 1、 网络搭建

在上述网络拓扑图中：RTA的Fa0/0连接到交换机SW1的接口Fa0/1；RTB的Fa0/0连接交换机SW1的Fa0/2；RTC的Fa0/1连接交换机SW1的Fa0/3；SW1和SW2之间使用各自的Fa0/24连接。根据图1的网络拓扑及上述要求，完成网络搭建工作。

另外，每一组提供两台计算机，为后面的数据配置和网络测试提供终端，参赛选手可以根据实际需要，与相应的网络设备连接。

2、 IP地址规划

校园网内用户使用172.16.0.0/22地址段，其中各个子网内主机数如下：

教学网：360台 行政网：150台 网络中心：100台

在满足整个网络需

对网络拓扑发现进行了概述,对现有算法优缺点进行了分析,设计了一种分层次的拓扑发现算法。首先提出基于SNMP协议的网络层拓扑发现算法,重点解决了多路由器的问题,然后又提出了基于地址转发表的链路层拓扑发现算法,主要通过虚拟根交换机的思想实现拓扑发现,最后通过这2种算法的有机结合,对基于IP网的网络层和链路层2方面都实现完整的拓扑发现。

第2 6卷第 9期Vo . 6 12No. 9

重庆理工大学学报 (自然科学)Junl f hnqn nvrt o eh o g ( a r c he ora o og i U i sy f cn l y N t a Si c ) C g e i T o ul e

21 0 2年 9月Se p.201 2

网络拓扑发现算法荆栋肖刚，(. 1清华大学电子工程系，京北 10 8; 0 0610 4 ) 0 1 1

2北京市丰台区大成路 1网络中心，京 . 3号北

摘

要：网络拓扑发现进行了概述，现有算法优缺点进行了分析，计了一种分层次的对对设

拓扑发现算法。首先提出基于 S MP协议的网络层拓扑发现算法，点解决了多路由器的问 N重 题，然后又提出了基于地址转发表的链路层拓扑发现算法，主要通过虚拟根交换机的思想实现拓扑发现，最后通

ＩＳＳＮ１０００－９８２５，ＣＯＤＥＮ

ＪｏｕｒｎａｌＲＵＸＵＥＷＥ ｍａｉｌ：ｊＯＳ＠ｉｓｃａｓ．ａｃ．ｃｎｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｏｓ．ｏｒｇ．ｃｎ

Ｔｅｌ腰ａｘ：＋８６．１０．６２５６２５６３ｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，Ｖ０１．２０，ＮｏＩ，Ｊａｎｕａｒｙ２００９，ＰＰ．１０９—１２３ｄｏｉ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１００１．２００９．０３３９０

＠ｂｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅＤ，Ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｉ＂Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ａｌｌｒｉｇｈｔｓｒｅｓｅｒｖｅｄ．

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络拓扑建模

周苗１＋，杨家海２，刘洪波２，吴建平１

１（清华大学计算机科学与技术系，北京

２（清华大学网络研究中心，北京１０００８４）１０００８４）

ＭｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅＣｏｍｐｌｅｘＩｎｔｅｒｎｅｔＴｏｐｏｌｏｇｙ

ＺＨＯＵＭｉａ０１＋，ＹＡＮＧＪｉａ．Ｈａ［２，ＬＩＵＨｏｎｇ．Ｂ０２，ＷＵＪｉａｎ．ＰｉｎｇＩ

１（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）

２（ＮｅｔｗｏｒｋＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｔｓｉｎｇｈ岫Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

机房网络拓扑图方案一

Internet电信光纤(20M)

H3 C3100 路由器财务服务器VLAN1(20M)

电信中心820设备

数据服务器VLAN1(20M)

H3C48口 VLAN2(4M) 三层交换机三个 一 192.168.0.11— 楼 办 192.168.0.99 公 区 VLAN2(4M) 192.168.0.11— 192.168.99

电话交换机

二楼办公区

四.五楼宿舍区

三楼办公区

一楼电话

二楼电话三楼电话

机房网络拓扑图方案二

InternetH3 C3100 路由器财务服务器VLAN1(20M)

数据服务器VLAN1(20M)

一 TP24交换机口 楼 192.168.0.11— 交换机 办 192.168.0.99 公 区 TP24交换机口交换机 192.168.0.11— 192.168.99 TP24交换机口 交换机

H3C48口 三层交换机

TP24交换机口交换机2个

二楼办公区

四.五楼宿舍区

三楼办公区

一楼电话

二楼电话三楼电话

function [DeD,aver_DeD]=Degree_Distribution(A) %% 求网络图中各节点的度及度的分布曲线

%% 求解算法：求解每个节点的度，再按发生频率即为概率，求P(k) %A————————网络图的邻接矩阵

TD————————网络图各节点的度分布 %aver_DeD———————网络图的平均度 N=size(A,2); DeD=zeros(1,N); for i=1:N

% DeD(i)=length(find((A(i,:)==1))); DeD(i)=sum(A(i,:)); end

aver_DeD=mean(DeD);

if sum(DeD)==0

disp('该网络图只是由一些孤立点组成'); return; else

figure;

bar([1:N],DeD);

xlabel('节点编号n'); ylabel('各节点的度数K');

title('网络图中各节点的度的大小分布图'); end

figure;

M=max(DeD);

for i=1:M+1; %网络图中节点的度数最大为M,但要同时考虑