第5章 網絡拓撲結構與訪問控制

第5章網絡拓撲結構與訪問控制5.1簡介網絡拓撲結構是網絡規(guī)劃和設計的重要內容，也是網絡設計的第一步。1.

局域網拓撲結構的分類（1）邏輯拓撲結構邏輯拓撲結構用來描述網絡中各節(jié)點間的信息流動形式，即由網絡中的介質訪問控制方法決定的拓撲結構。（2）物理拓撲結構物理拓撲結構用來描述網絡硬件的布局，即網絡中各部件的物理連接形狀。2.

局域網拓撲結構的選擇原則

在局域網中，一旦選定某種拓撲結構，則同時還需要選擇一種適合于該拓撲結構的局域網工作方法和信息的傳輸方式。在我們選擇時，一般會考慮如下一些因素：①

價格：網絡拓撲結構直接決定了網絡的安裝和維護費用。②

速率：拓撲結構直接關系到系統(tǒng)的數據傳輸速率和帶寬。③

規(guī)模：網絡的拓撲結構直接與網絡的規(guī)模相關。網絡的拓撲的選擇，將直接影響網絡的投資、運行速率、安裝、維護和診斷等各種性能。局域網上廣泛使用總線型、環(huán)型拓撲、星型拓撲和樹型拓撲。5.2幾種常見的局域網拓撲結構5.2.1點到點直接連接方式4臺計算機組成的直接連接方式的計算機網絡兩臺計算機通過電話網的直接連接5.2.2總線結構1.

總線拓撲結構的特點

總線結構的實際連接結構如下圖所示，網絡上所有節(jié)點共享這條公用通信線路。線性總線上的工作站以兩個方向發(fā)送或接收數據，并且能被網絡上的任何一個節(jié)點接收到。工作時，每當有計算機將數據信號傳送到公共干線上時，所有的工作站均可以收到此信息。每個工作站收到信息后都會核對該信息中的目的地址是否與本工作站的地址一樣，然后，決定是否接收這個信息?！翱偩€”拓撲結構的典型應用是“細纜以太網（10BASE2）”和“粗纜以太網（10BASE5）”?？偩€型網絡結構模型

總線結構的局域網拓撲圖

總線形局域網的連接同軸電纜向集線器的變化2.

“總線”拓撲結構的應用特點（1）

優(yōu)點①

結構簡單靈活。②

在輕負荷時，網絡響應速度較快。③

硬件設備量和電纜量少，造價低。④

易于安裝、配置，使用和維護方便。⑤

共享能力強，適合于一點發(fā)送，多點接收的場合。（2）

缺點①

故障診斷困難。一個鏈路故障，檢測工作需要涉及整個網絡。②

網絡擴充不便。在“總線”網絡上，增加節(jié)點時，需要斷開相鄰節(jié)點，整個網絡將停止工作。因此，此類網絡的擴展性較差。③

信號隨距離的增加而衰減，因此，總線網絡的傳輸距離受到限制。④

總線的帶寬成為網絡的瓶頸。一般總線結構上的N個節(jié)點共享，并“爭用”公用總線（即傳輸介質），因此，當網絡中的節(jié)點數目較多時，網絡性能下降。⑤

由于單個網段的距離長度受到嚴格的限制，因而負載能力有限3.

適用場合適用于小型辦公自動化系統(tǒng)和小型信息管理系統(tǒng)等低負荷，實時性要求4.

網絡范例10BASE5和10BASE2（粗纜和細纜以太網）5.2.3環(huán)形結構“環(huán)型”拓撲（ringtopology）結構如下圖所示；1.

“環(huán)型”拓撲結構的特點在環(huán)型拓撲上，只有得到“令牌”的節(jié)點，才有權發(fā)送信息；在這樣的系統(tǒng)上，“令牌”沿環(huán)路不斷單向傳遞，每個節(jié)點都有機會傳輸信息，因此，可以建立高速、有序的網絡。使用環(huán)型拓撲的大型網絡的數據信號在每個節(jié)點都會被重傳，因此信號可以傳輸很長的距離而不會衰減。2.

“環(huán)型”拓撲結構的應用特點

（1）

優(yōu)點①

由于兩個節(jié)點之間只有唯一的通路，因此大大簡化了路徑選擇的控制。②

當有旁路電路時，某個節(jié)點發(fā)生故障可以自動旁路，這樣可以提高可靠性。③

傳輸時間固定，適用于對數據傳輸實時性要求較高的應用場合。④

在重負荷的場合，比“爭用”信道的總線式網絡有更高的傳輸速率。⑤

由于光纖適合于信號單方向傳遞和點-點式連接，因此“環(huán)型”結構最適合使用光纖。（2）

缺點①

傳輸效率低。當節(jié)點過多時，傳輸效率較低，網絡響應時間變長。②

靈活性差。單環(huán)時，由于環(huán)路封閉，因此擴展不便。③

可靠性差，管理不易。單環(huán)時，只要有一個工作站出現故障，整個網絡都將癱瘓。④

環(huán)路維護復雜，實現困難，維護費用和造價高。3.

適用場合在高速主干網中，環(huán)型網絡通常使用光纖作為傳輸介質，它適用于企業(yè)的自動化系統(tǒng)、對數據傳輸實時性要求較高的應用場合以及負荷較重的大型網絡和信息管理系統(tǒng)。4.

網絡范例IBM令牌環(huán)網（Token-Ring）和FDDI環(huán)型網絡。5.2.4星形結構星型拓撲（startopology）的結構如下圖中央設備（指交換機或集線器）在分發(fā)信號之前，對其進行放大和再生。

1.星型拓撲的拓撲結構問題在使用集線器的以太網中，其介質訪問控制方式為爭用的“CSMA/CD”規(guī)則，因此其邏輯拓撲為“總線型”；而該網絡的物理拓撲結構卻是個“星型”。在交換機為核心的交換式網絡中其物理拓撲結構為“星型”；其邏輯拓撲結構為“星型”。2.

“星型”拓撲結構的應用特點（1）

優(yōu)點①

網絡結構簡單。星型網絡的組建、安裝、使用、維護與管理都很方便。②

易于檢查故障。通?？梢岳媒粨Q機或集線器上LED燈的狀況，來判斷計算機是否出現故障。③

擴展性好。在交換機或集線器上可以在不影響網絡運行的情況下刪除或增加節(jié)點。④

集線器或交換機上的多種類型接口，可以連接多種傳輸介質。⑤

每個節(jié)點與中心節(jié)點使用單獨的連線，單個邊節(jié)點的故障不會影響整個網絡，易于節(jié)點故障的處理。⑥

造價和維護費用低。（2）

缺點①

中心節(jié)點出故障時，才會導致整個網絡的癱瘓。②

對于使用集線器結構的網絡的最大缺點是當負荷激增時，中央節(jié)點的負荷過重。此時，作為中心節(jié)點的集線器也就成為了網絡的瓶頸。③

需要較多的傳輸介質，通信線路利用率低，投資成本較高。④

使用集線器的網絡在輕負荷時，系統(tǒng)響應較快；但在重負荷時，系統(tǒng)的響應和性能會急劇下降。3.

適用場合星型結構適用性很廣，可以應用于各種中小型網絡系統(tǒng)。常見的有以下3種場合。（1）

工作間網絡工作間網絡通常指辦公室、實驗室和網吧類的小型網絡。（2）

智能大廈在智能大廈中，通常設有整個建筑的總交換機，在每層安裝與總交換機相連接的分交換機或集線器，各工作節(jié)點與每層的交換機或集線器連接，從而將整個建筑連接起來。（3）

交換式網絡交換式網絡是指使用網絡交換機或集線器組成的10/100/1000BASET以太網。4.

網絡范例10BASET、100BASET或1000BASE（共享式或交換式以太網）。5.3ALOHA訪問控制方式最初的一種分組通信方式的實驗由美國夏威夷大學在地面網絡進行，叫做ALOHA網絡。1973年首次把這項技術用于衛(wèi)星系統(tǒng)。ALOHA(阿洛哈)網成為通過衛(wèi)星進行數據傳輸與分組交換的系統(tǒng)之一。ALOHA方式的主要特點是，一定數量的終端站共用一個信道，各站隨機地發(fā)送各自的數據分組，發(fā)送數據如果發(fā)生碰撞，則該數據需重新發(fā)送。模型如下：

純ALOHA系統(tǒng)的工作原理時隙ALOHA的工作原理預約ALOHA5.4總線形局域網訪問控制方式5.4.1CSMA方式1.非堅持CSMA2.堅持CSMA5.4.2CSMA/CD方式工作原理：發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送；如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送；在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到沖突，則立即停止發(fā)送數據，然后發(fā)送一串干擾信號（Jam）；發(fā)送Jam信號的目的是強化沖突，以便使所有的站點都能檢測到發(fā)生了沖突。等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。歸結為四句話：發(fā)前先聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽，沖突時退避。CSMA/CD的優(yōu)缺點控制簡單，易于實現；網絡負載輕時，有較好的性能：30％－40％以內延遲時間短、速度快網絡負載重時，性能急遽下降：70％－80％以上沖突數量的增長使網絡速度大幅度下降5.5環(huán)網訪問控制方式5.5.1令牌環(huán)（tokenring）訪問控制方式拓撲結構：點到點鏈路連接，構成閉合環(huán)ABDC站點干線耦合器單向環(huán)點到點鏈路TokenRing/802.5的操作哪個站點可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有持有令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待；拿到令牌的站將令牌轉換成數據幀頭，后面加掛上自己的數據進行發(fā)送；目的站點從環(huán)上復制該幀，幀則沿環(huán)繼續(xù)往下循環(huán)；數據幀循環(huán)一周后