第5章 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與訪問控制

第5章網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與訪問控制5.1簡介網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計的重要內(nèi)容，也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的第一步。1.

局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類（1）邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用來描述網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的信息流動形式，即由網(wǎng)絡(luò)中的介質(zhì)訪問控制方法決定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（2）物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用來描述網(wǎng)絡(luò)硬件的布局，即網(wǎng)絡(luò)中各部件的物理連接形狀。2.

局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇原則

在局域網(wǎng)中，一旦選定某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則同時還需要選擇一種適合于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接決定了網(wǎng)絡(luò)的安裝和維護(hù)費(fèi)用。②

速率：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接關(guān)系到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬。③

規(guī)模：網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接與網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涞倪x擇，將直接影響網(wǎng)絡(luò)的投資、運(yùn)行速率、安裝、維護(hù)和診斷等各種性能。局域網(wǎng)上廣泛使用總線型、環(huán)型拓?fù)?、星型拓?fù)浜蜆湫屯負(fù)洹?.2幾種常見的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5.2.1點(diǎn)到點(diǎn)直接連接方式4臺計算機(jī)組成的直接連接方式的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩臺計算機(jī)通過電話網(wǎng)的直接連接5.2.2總線結(jié)構(gòu)1.

總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

總線結(jié)構(gòu)的實(shí)際連接結(jié)構(gòu)如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)，并且能被網(wǎng)絡(luò)上的任何一個節(jié)點(diǎn)接收到。工作時，每當(dāng)有計算機(jī)將數(shù)據(jù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用是“細(xì)纜以太網(wǎng)（10BASE2）”和“粗纜以太網(wǎng)（10BASE5）”?？偩€型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)拓?fù)鋱D

總線形局域網(wǎng)的連接同軸電纜向集線器的變化2.

“總線”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)（1）

優(yōu)點(diǎn)①

結(jié)構(gòu)簡單靈活。②

在輕負(fù)荷時，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度較快。③

硬件設(shè)備量和電纜量少，造價低。④

易于安裝、配置，使用和維護(hù)方便。⑤

共享能力強(qiáng)，適合于一點(diǎn)發(fā)送，多點(diǎn)接收的場合。（2）

缺點(diǎn)①

故障診斷困難。一個鏈路故障，檢測工作需要涉及整個網(wǎng)絡(luò)。②

網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充不便。在“總線”網(wǎng)絡(luò)上，增加節(jié)點(diǎn)時，需要斷開相鄰節(jié)點(diǎn)，整個網(wǎng)絡(luò)將停止工作。因此，此類網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性較差。③

信號隨距離的增加而衰減，因此，總線網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離受到限制。④

總線的帶寬成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。一般總線結(jié)構(gòu)上的N個節(jié)點(diǎn)共享，并“爭用”公用總線（即傳輸介質(zhì)），因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時，網(wǎng)絡(luò)性能下降。⑤

由于單個網(wǎng)段的距離長度受到嚴(yán)格的限制，因而負(fù)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(fù)荷，實(shí)時性要求4.

網(wǎng)絡(luò)范例10BASE5和10BASE2（粗纜和細(xì)纜以太網(wǎng)）5.2.3環(huán)形結(jié)構(gòu)“環(huán)型”拓?fù)洌╮ingtopology）結(jié)構(gòu)如下圖所示；1.

“環(huán)型”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在環(huán)型拓?fù)渖希挥械玫健傲钆啤钡墓?jié)點(diǎn)，才有權(quán)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(diǎn)都有機(jī)會傳輸信息，因此，可以建立高速、有序的網(wǎng)絡(luò)。使用環(huán)型拓?fù)涞拇笮途W(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信號在每個節(jié)點(diǎn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）

優(yōu)點(diǎn)①

由于兩個節(jié)點(diǎn)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(dāng)有旁路電路時，某個節(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)傳輸實(shí)時性要求較高的應(yīng)用場合。④

在重負(fù)荷的場合，比“爭用”信道的總線式網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)-點(diǎn)式連接，因此“環(huán)型”結(jié)構(gòu)最適合使用光纖。（2）

缺點(diǎn)①

傳輸效率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)過多時，傳輸效率較低，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間變長。②

靈活性差。單環(huán)時，由于環(huán)路封閉，因此擴(kuò)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(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)都將癱瘓。④

環(huán)路維護(hù)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，維護(hù)費(fèi)用和造價高。3.

適用場合在高速主干網(wǎng)中，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)通常使用光纖作為傳輸介質(zhì)，它適用于企業(yè)的自動化系統(tǒng)、對數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時性要求較高的應(yīng)用場合以及負(fù)荷較重的大型網(wǎng)絡(luò)和信息管理系統(tǒng)。4.

網(wǎng)絡(luò)范例IBM令牌環(huán)網(wǎng)（Token-Ring）和FDDI環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。5.2.4星形結(jié)構(gòu)星型拓?fù)洌╯tartopology）的結(jié)構(gòu)如下圖中央設(shè)備（指交換機(jī)或集線器）在分發(fā)信號之前，對其進(jìn)行放大和再生。

1.星型拓?fù)涞耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)問題在使用集線器的以太網(wǎng)中，其介質(zhì)訪問控制方式為爭用的“CSMA/CD”規(guī)則，因此其邏輯拓?fù)錇椤翱偩€型”；而該網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)卻是個“星型”。在交換機(jī)為核心的交換式網(wǎng)絡(luò)中其物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“星型”；其邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“星型”。2.

“星型”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)（1）

優(yōu)點(diǎn)①

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單。星型網(wǎng)絡(luò)的組建、安裝、使用、維護(hù)與管理都很方便。②

易于檢查故障。通?？梢岳媒粨Q機(jī)或集線器上LED燈的狀況，來判斷計算機(jī)是否出現(xiàn)故障。③

擴(kuò)展性好。在交換機(jī)或集線器上可以在不影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況下刪除或增加節(jié)點(diǎn)。④

集線器或交換機(jī)上的多種類型接口，可以連接多種傳輸介質(zhì)。⑤

每個節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)使用單獨(dú)的連線，單個邊節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)，易于節(jié)點(diǎn)故障的處理。⑥

造價和維護(hù)費(fèi)用低。（2）

缺點(diǎn)①

中心節(jié)點(diǎn)出故障時，才會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。②

對于使用集線器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的最大缺點(diǎn)是當(dāng)負(fù)荷激增時，中央節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷過重。此時，作為中心節(jié)點(diǎn)的集線器也就成為了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。③

需要較多的傳輸介質(zhì)，通信線路利用率低，投資成本較高。④

使用集線器的網(wǎng)絡(luò)在輕負(fù)荷時，系統(tǒng)響應(yīng)較快；但在重負(fù)荷時，系統(tǒng)的響應(yīng)和性能會急劇下降。3.

適用場合星型結(jié)構(gòu)適用性很廣，可以應(yīng)用于各種中小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。常見的有以下3種場合。（1）

工作間網(wǎng)絡(luò)工作間網(wǎng)絡(luò)通常指辦公室、實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)吧類的小型網(wǎng)絡(luò)。（2）

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

交換式網(wǎng)絡(luò)交換式網(wǎng)絡(luò)是指使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或集線器組成的10/100/1000BASET以太網(wǎng)。4.

網(wǎng)絡(luò)范例10BASET、100BASET或1000BASE（共享式或交換式以太網(wǎng)）。5.3ALOHA訪問控制方式最初的一種分組通信方式的實(shí)驗(yàn)由美國夏威夷大學(xué)在地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，叫做ALOHA網(wǎng)絡(luò)。1973年首次把這項(xiàng)技術(shù)用于衛(wèi)星系統(tǒng)。ALOHA(阿洛哈)網(wǎng)成為通過衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與分組交換的系統(tǒng)之一。ALOHA方式的主要特點(diǎn)是，一定數(shù)量的終端站共用一個信道，各站隨機(jī)地發(fā)送各自的數(shù)據(jù)分組，發(fā)送數(shù)據(jù)如果發(fā)生碰撞，則該數(shù)據(jù)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(yù)約ALOHA5.4總線形局域網(wǎng)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?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送一串干擾信號（Jam）；發(fā)送Jam信號的目的是強(qiáng)化沖突，以便使所有的站點(diǎn)都能檢測到發(fā)生了沖突。等待一段隨機(jī)時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。歸結(jié)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(diǎn)控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕時，有較好的性能：30％－40％以內(nèi)延遲時間短、速度快網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時，性能急遽下降：70％－80％以上沖突數(shù)量的增長使網(wǎng)絡(luò)速度大幅度下降5.5環(huán)網(wǎng)訪問控制方式5.5.1令牌環(huán)（tokenring）訪問控制方式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)ABDC站點(diǎn)干線耦合器單向環(huán)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路TokenRing/802.5的操作哪個站點(diǎn)可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀頭，后面加掛上自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；目的站點(diǎn)從環(huán)上復(fù)制該幀，幀則沿環(huán)繼續(xù)往下循環(huán)；數(shù)據(jù)幀循環(huán)一周后