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1、第2章 网络通信基础,主要内容,学习目标,新课讲授,本节小结,本节习题,【主要内容】,2.2 计算机网络的拓扑结构星型拓扑总线型拓扑树形拓扑环形拓扑网状拓扑混合型拓扑介质访问控制方式CSMA/CD令牌访问控制方式,【学习目标】,掌握计算机网络的常见拓扑结构了解各种拓扑结构的优缺点及应用场合掌握CSMA/CD、令牌访问控制等介质访问控制方式的基本原理,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、面之间关系；在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，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；计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路
2、和站点（计算机或设备）的几何排列形式。,2.2 网络的拓扑结构,2.2 网络的拓扑结构,2.2.1 星形拓扑,各节点通过点到点的链路与中心节点相连，中心节点可以是转接中心，起到连通的作用，也可以是一台主机，兼具数据处理和转接的功能。中心节点结构复杂，每个站的通信处理负担很小。目前流行的PBX（Private Branch Exchange，用户交换机）就是星形拓扑的典型实例。,2.2.1 星形拓扑,优点：1.配置方便，很容易在网络中增加/删除新的站点。2.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系统中删除。3.简单的访问协议：数据的安全性和优
3、先级容易控制，易实现网络监控。缺点1.需要大量电缆,费用和安装工作量大。2.在安装之初始要配置大量冗余电缆，以备扩展。3.集中控制，对中心节点的依赖性大。,2.2.2 总线拓扑,总线：信息传输的公共通道。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。网络中所有的站点共享一条数据通道。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（广播方式）。,2.2.2 总线拓扑,工作过程：A发信息，其他收A、C同时发，冲突发生检测到冲突后，A、C同时停止发按协议，决定A先发A发完，C再发存在介质访问冲突，必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以发
4、送数据。,2.2.2 总线拓扑,总线拓扑的优点：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易于扩充总线拓扑的缺点：中继器配置站点必须是智能的采用总线拓扑的最常见的网络有10Base2以太网、10Base5以太网以及ARCnet网。,2.2.3 树型拓扑,树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型拓扑是一种层次结构，适用于分级管理和控制系统。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，如数据处理、命令执行和综合处理
5、等。与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。当下面的分支节点发送数据时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。这种结构不需要中继器。与星型拓扑相比，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。,2.2.3 树型拓扑,树型拓扑结构有以下的优点：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支，因此新的节点和新的分支易于加入网内。故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将这分支和整个系统隔离开来。树型拓扑的缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性与星型结构相似。,2.2.4 环型拓扑,节点通过中继器和点到点通信线路连接成
6、闭合环路。环形网是点到点、一个结点一个结点的连接，可以在网上的不同段使用各种传输介质。每个中继器都与两条链路相连。这种链路是单向的，数据在一个方向上围绕着环进行循环。,2.2.4 环型拓扑,工作过程：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）依次送到环路上；中继器能接收一条链路上来的数据，并对报文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，并将分组拷贝下来；若异，以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上；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。中继器不起缓冲作用，每个站对环的使用权是
7、平等的，所以它也存在着一个对于环型线路的“争用”和“冲突”的问题。,2.2.4 环型拓扑,环形拓扑的优点：节约电缆 无需接线盒 可用光纤环形拓扑的缺点：一个结点故障会引起全网故障诊断故障困难不易重新配置网络拓扑结构影响访问协议常见的采用环形拓扑的网络有令牌环网、FDDI（光纤分布式数据接口）和CDDI（铜线电缆分布式数据接口）网络。,2.2.5 网状型拓扑,网络中任意两站点间都有直接通路相连，所以任意两站点间的通信无需路由，而且有专线相连没有等待延迟，因此通信速度快，可靠性高。但是组建这样网络投资非常巨大。例如你在有4个站点的全互连拓扑网络上增加一个站点，那么你就得在这个网络上增加4根线使这4
8、个站点的每一个站点都与新站点有一根线进行连接。由此也可看出这种全部互连型拓扑的灵活性差。但这种全部互连型拓扑结构适用于对可靠性有特殊要求的场合。,2.2.5 网状型拓扑,网状型拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律。主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量（拥塞）控制方法。广域网基本上采用网状型拓扑结构。,2.2.6 混合型拓扑网络,常见的有星型/总线拓扑和星型/环型拓扑。星型/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，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型/总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。,2.2.6 混合型拓扑网
9、络,星型/环型拓扑。取这两种拓扑的优点于一体。这种星型环拓扑主要用于IEEE802.5的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接。星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。,2.2.7 介质访问控制方式,在总线形和环形拓扑中，网上设备必须共享信道。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。通信中对公用信道的访问：随机：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(CSMACD)受控：各工作站可用一定的算法调整各站访问介质的顺序和
10、时间令牌（标记）总线、令牌（标记）环。,1、载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD先听后发：听后，可采用三种CSMA坚持退避算法：不坚持CSMA1-坚持CSMAP-坚持CSMA边听边发冲突停发随机重发,2.2.7 介质访问控制方式,2.2.7 介质访问控制方式,1、载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD,2、令牌(或称标记)访问控制方式令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌(Token)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；也可用于总线网，构成令牌总线网络。,2.2.7 介质访问控制方式,2、令牌(或称标记)访问控制方式(1)令牌环(Token-R
11、ing)方式令牌在网络环路上不断地传送，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收报文。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问冲突。,2.2.7 介质访问控制方式,2.2.7 介质访问控制方式,2、令牌(或称标记)访问控制方式,(1)令牌环(Token-Ring)方式,2、令牌(或称标记)访问控制方式(2)令牌传递总线(Token-Passing Bus)方式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，末站的后站就是首站，即首尾相连。每站都了解先行站(PS)和后继站(NS)的地址，总线上各站的物理位置与逻辑位置无关。,站A,站B,站C,站D,站E,站F,令牌传递顺序（可以设定）：ACFEBD,2.2.7 介质访问控制方式,小结、习题,计算机网络有哪些拓扑结构？各有哪些特点？试述CSMA/CD介质访问方式的原理？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？,
