3 网络分类和拓扑结构

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一 计算机网络的发展,随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展过程大致可分为以下五个阶段。,1. 具有通信功能的单机系统,2. 具有通信功能的多机系统,3. 以共享资源为主要目的计算机网络阶段（计算机计算机网络）,4. 标准、开放的计算机网络阶段,5. 高速、智能的计算机网络阶段,1,一 计算机网络的发展,图1.1 终端计算机网络模型,主机,T,T,T,T,1. 具有通信功能的单机系统,该系统又称终端计算机网络，是早期计算机网络的主要形式。它是将一台计算机经通信线路与若干终端直接相连。,2,一 计算机网络的发展,2. 具有通信功能的多机系统,在简单的“终端通信线路计算机”这样的单机系统中，主计算机负担较重，既要进行数据处理，又要承担通信功能，为了减轻主计算机负担，60年代出现了在主计算机和通信线路之间设置通信控制处理机（或称为前端处理机，简称前端机）的方案，前端机专门负责通信控制的功能。此外，在终端聚集处设置多路器（或称集中器），组成终端群低速通信线路集中器高速通信线路前端机主计算机结构。,3,一 计算机网络的发展,主计算机,前端机,集,中,器,T,T,T,具有通信功能的多机系统模型,4,一 计算机网络的发展,3. 以共享资源为主要目的计算机网络阶段（计算机计算机网络）,计算机计算机网络是60年代中期发展起来的，它是由若干台计算机相互连接起来的系统，即利用通信线路将多台计算机连接起来，实现了计算机计算机之间的通信。,5,一 计算机网络的发展,主机,T,T,T,计算机计算机网络模型,主机,T,T,主,机,主,机,T,6,一 计算机网络的发展,这一阶段结构上的主要特点是：以通信子网为中心，多主机多终端。1969 年在美国建成的ARPAnet 是这一阶段的代表。在ARPAnet 上首先实现了以资源共享为目的不同计算机互连的网络，它奠定了计算机网络技术的基础，成为今天因特网的前身。,7,一 计算机网络的发展,4. 标准、开放的计算机网络阶段（网络网络）,70年代末80年代初，微型计算机得到了广泛的应用，各机关和企、事业单位为了适应办公自动化的需要，迫切要求将自己拥有的为数众多的微机、工作站、小型机等连接起来，以达到资源共享和相互传递信息的目的，而且迫切要求降低联网费用，提高数据传输效率。为此，有力地推动了计算机局域网的产生和发展。,8,一 计算机网络的发展,另外，随着数字技术和光纤技术的发展，使得宽带通信技术得到了迅速发展，出现了光纤分布式数据接口FDDI、分布式队列双总线DQDB和高速局域网相关技术，为城市区域内实现多媒体宽带通信奠定了基础。,9,一 计算机网络的发展,5. 高速、智能的计算机网络阶段,近年来，计算机网络技术得到了迅猛的发展。千兆乃至万兆传输速率的以太网已经被越来越多地用于局域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10G数量级。,计算机网络正朝着宽带化、无线化、智能化和个人化的方向发展。,10,2、我国计算机网络发展情况,1980年，铁道部开始进行计算机连网实验；,1989,年,11,月，我国第一个公用分组交换网,CNPAC,（后改名为,CHINAPAC,）建成运行。,1993,年，由,10,个节点城市组成的国家主干网了各省、地、县的本地子网组成了覆盖全国的,CHINAPAC,，,20,世纪,80,年代到,20,世纪,90,年代的十年里，国内各企业机关、大学、研究院所相继安装了大量的局域网，促进了我国计算机网络的普及和应用。,一 计算机网络的发展,11,20,世纪,90,年代，我国开始构建全国范围的公用计算机网络，很快就有可以与因特网互连的四个全国范围的互连网。,中国科学技术网（,CSTNET,）,中国教育和科研计算机网（,CERNET,）,中国公用计算机互连网（,CHINANET,）,中国金桥信息网（,CHINAGBN,）,一 计算机网络的发展,12,局域网（,LAN,，,Local Area Network,）,广域网（,WAN,，,Wide Area Network,）,城域网（,MAN,，,Metropolitan Area Network,）。,2按拓扑结构分类,星型网络、环型网络、总线型网络、树型网络和网状网络。,3按通信交换方式分类,电路交换网络（Circuit Switching）,报文交换网络（Message Switching）,分组交换网络（Packet Switching）。,二 计算机网络的分类,1按覆盖分类,13,5按传输技术分类,广播式网络、,点点式网路,4按通信传输介质分类,双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网。,二 计算机网络的分类,采用分组存储转发和路由选择机制是两者重要分别,14,6按网络结构分类,资源子网和通信子网,7. 按网络组件的关系分类,按照网络中的各组件的功能来划分，常见的有两种类型的网络：对等网络和基于服务器网络,6按网络结构分类,资源子网和通信子网,二 计算机网络的分类,15,拓扑学是几何学的一个分支，它是从图论演变过来的。拓扑学首先把实体的线路抽象成线，而研究点、线、面之间的关系。,计算机网络拓扑是通过网中节点或节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映同一网络中各实体的结构关系。,拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,计算机网络拓扑定义,三 计算机网络拓扑结构,16,计算机网络拓扑的分类,计算机网络拓扑结构,星型拓扑结构,总线型拓扑结构,环型拓扑结构,树型拓扑结构,混合型拓扑,网状拓扑结构,“星,-,环”式,混合型拓扑,“星,-,总”式,混合型拓扑,三 计算机网络拓扑结构,17,星型拓扑结构由中央节点和通过点到点通信链路连接到中央节点的各个站点组成，中央节点执行集中式通信控制策略。因此，星型又称集中型,星型拓扑网络采用的交换方式有电路交换和报文交换，其中，尤以电路交换更为普遍。这种结构一旦建立了通道连接，就可以无延迟地在连通的两个站点之间传送数据。其结构如下图所示。,1、星型拓扑结构,三 计算机网络拓扑结构,18,（,1,）控制简单。在星型网络中，任何站点只和中央节点连接，因而媒体访问控制方法简单，也导致访问协议十分简单。,（,2,）故障诊断和隔离容易。在星型网络中，中央节点对连接线路可以逐一地隔离开来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对网络提供重新配置。,星型拓扑结构的优点：,三 计算机网络拓扑结构,19,（,1,）电缆长度较长和安装工作量大。因为每个站点都要和中央节点直接连接，需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量大。,（,2,）中央节点的负担较重，形成瓶颈效应。一旦发生故障，则全网受影响，因此，对中央节点的可靠性和冗余度方面的要求很高。,星型拓扑结构的缺点：,三 计算机网络拓扑结构,20,总线型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媒体上，公共传输媒体就是总线。其结构如下,图,所示，任何一个站发送的信号都沿着传输媒体传播，而且能被所有其他站接收。,2、总线型拓扑结构,三 计算机网络拓扑结构,21,（,1,）总线结构所需的电缆数量少；,（,2,）总线结构简单，是无源工作，有较高可靠性；,（3）易于扩充，增加或减少用户比较方便。,总线型拓扑结构的优点：,（,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；,总线型拓扑结构的缺点：,三 计算机网络拓扑结构,22,环形拓扑网络由站点连接站点的链路组成一个全闭环路，其结构如下,图,所示。每个站点能够接收从一条链路传来的数据，并以同样的速率串行地把该数据沿环送到另一端链路上，这种链路可以是单向的，也可以是双向的，通常以单向为多见。,3、环型拓扑结构,三 计算机网络拓扑结构,23,（,1,）电缆长度短。环型拓扑结构的网络所需的电缆长度与总线型拓扑结构网络相似，电缆长度比较短。,（,2,）增加或减少工作站时，仅需作简单连接。,（3）可使用光纤作传输媒体。光纤的传输速率很高，既适合环型拓扑的单方向传输，更适合于双环的两个方向传输,。,环型拓扑结构的优点：,三 计算机网络拓扑结构,24,三 计算机网络拓扑结构,（,1,）节点的故障会引起全网故障。因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点，一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障。,（,2,）故障检测困难。这与总线型拓扑结构相似，因为不是集中控制，故障检测需在网上各个节点进行，因此，实施起来有困难。,环型拓扑结构的缺点：,25,树型拓扑结构是从总线型拓扑演变而来的，形状像一颗倒立的树，顶端是根，树根以下带分支，每个分支再带分支。由树根接收各站发送来的数据，然后再广播发送到全网。树型拓扑的特点大多与总线型拓扑的特点相同，但也有其特殊之处。,4、树型拓扑结构,三 计算机网络拓扑结构,26,（,1,）易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都很容易加入网内。,（2）故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。,树形拓扑结构的优点：,各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。由此可见，树形拓扑结构的可靠性有点类似星形拓扑结构。,树形拓扑结构的缺点：,三 计算机网络拓扑结构,27,混合拓扑是将上述某两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑结构。常用的混合拓扑有两种，一种是由星型拓扑和环型拓扑混合成的“星环”式拓扑结构；另一种则由星型拓扑和总线型拓扑混合成的“星总”式拓扑结构。其结构如下,图,所示。,5、混合型拓扑结构,三 计算机网络拓扑结构,“星-总”式,混合型拓扑,“星-环”式,混合型拓扑,28,（,1,）故障诊断和隔离较为方便。一旦网络发生故障，只要诊断出哪个集中器有故障，将该集中器和全网隔离即可。,（,2,）易于扩展。要扩展用户时，可以加入新的集中器，也可以在每个集中器留出一些备用的可插入的站点接口。,（3）安装方便。网络的主电缆只要连通这些集中器即可。这种安装和传统的电话系统电缆安装很相似。,混合型拓扑结构的优点：,三 计算机网络拓扑结构,29,（,1,）需要选用智能型的集中器。这是为了实现网络故障自动诊断和故障节点的隔离所必需的。,（2）像星型拓扑结构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增加。,混合型拓扑结构的缺点：,三 计算机网络拓扑结构,30,6、网状拓扑结构,网状拓扑结构中，由于节点之间有许多条路径相连，可以为数据流的传输选择最佳路由，从而避开有故障的部件或过忙的节点。但是，这种结构比较复杂，成本也比较高，提供上述功能的网络协议也较复杂。这种拓扑结构一般在可靠性要求高、不计较成本的场合下使用，例如，军用网，其故障排除比较复杂，不适宜常用不线方案。,三 计算机网络拓扑结构,6、网状拓扑,31,拓扑的选择需考虑的因素主要有：,4.2.3 拓扑的选择,（,1,）网络既要易于安装，又要易于扩展。,（,2,）网络的可靠性是考虑选择的重要因素。要易于故障诊断和隔离，以使网络的主体在局部发生故障时仍能正常运行。,（3）网络拓扑的选择还会影响传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定，这些因素又会影响各个站点的运行速度和网络软、硬件接口的复杂性。,总之，一个网络拓扑结构，应根据需求，综合诸因素作出合适选择；要整体磨合，不能顾此失彼。,三 计算机网络拓扑结构,32,